Підси́лювач звукови́х часто́т (ПЗЧ) (підсилювач низьких частот (ПНЧ), англ. audio amplifier, пол. wzmacniacz muzyczny) — електронний підсилювач, що підсилює малопотужні електричні сигнали звукового діапазону (від 20 Гц до 20 кГц, що відповідає діапазону чутих людиною акустичних коливань) до рівня, необхідного для роботи акустичних систем або гучномовців і є кінцевим активним елементом в системі отримання, обробки та підсилення звукового сигналу.
Основні параметри
Основними параметрами підсилювачів є такі:
- амплітудно-частотна характеристика (клас Hi-fi вимагає АЧХ з відхиленням не більше -1,5 дБ в діапазоні 40-16000 Гц);
- (відношення сигнал/шум) (до 105 раз);
- рівень нелінійних спотворень (не більше 1 % для апаратури класу Hi-Fi);
- рівень (не більше 3 % для апаратури класу Hi-fi);
- номінальна потужність, (Root Mean Squared, RMS) — середньоквадратичне значення електричної потужності, обмеженої заданим рівнем нелінійних спотворень (для високоякісної апаратури — від близько 100 Ват і більше).
- максимальна потужність — потужність при відтворенні синусоїдального сигналу в заданому діапазоні частот (звичайно 1кГц), при якій спотворення вихідного сигналу не перевищують вказаний рівень.
- опір акустичних систем (зазвичай 4 або 8 Ом).
Для високоякісної апаратури важливими параметрами також є:
- розподіл спектру нелінійних спотворень (спотворення в високочастотній частині спектру є значно помітнішими);
- коефіцієнт демпфування динамічних головок акустичної системи (демпфування забезпечується здатністю підсилювача протидіяти інерційному руху підвісної системи головки з дифузором).
Розподіл спектру нелінійних спотворень транзисторних підсилювачів є традиційно високим в високочастотній частині спектру. Це пов'язано з специфікою роботи транзисторів. Існують схемотехнічні рішення (глибокий від'ємний зворотній зв'язок, використання емітерних резисторів в каскадах з комплементарними парами та збільшення вхідного опору вихідного каскаду, застосування джерела струму, як джерела сигналу для вихідного каскаду та підтримання струму холостого ходу вище 50 мА), які дозволяють уникнути цього ефекту.
Ефективне демпфування динамічних головок забезпечується зниженням вихідного опору підсилювача. Для цього також використовують з'єднувальні провідники від підсилювача до акустичної системи значного перетину (до кількох квадратних міліметрів для потужних підсилювачів). Ефективне демпфування також досягається спеціальним схемотехнічним рішенням, при якому вихідний динамічний опір підсилювача стає від'ємним.
В залежності від режиму роботи вихідного каскаду підсилювача, розрізняють класи підсилювачів A та B та похідні від них класи.
Поділ підсилювачів
- Однотактні та двотактні. В однотактному підсилювачі весь сигнал підсилюється протягом одного періоду провідності підсилювального елемента. В двотактному підсилювачі спочатку додатна півхвиля сигналу підсилюється протягом половини періоду, а протягом іншої половини періоду — від'ємна.
- Клас роботи вихідного каскаду. Розрізняють підсилювачі класу A, B, C, D та гібридних класів.
Класи роботи вихідного каскаду підсилювача
- A — підсилювачі, у яких весь сигнал підсилюється однією лампою або транзистором, використовуються в малопотужних каскадах, мають ККД близько 25 % і забезпечують найменший рівень нелінійних спотворень. Теоретично найвищий ККД вихідного каскаду класу А (близько 50 %) можливий лише при максимальній амплітуді вихідного сигналу. На практиці ж максимальний ККД складає до 20 %. Тобто, для того, щоб віддати 1 Ват потужності в акустичну систему необхідно 4 Вати виділити у вигляді тепла. Через проблеми з відведенням тепла, напівпровідники не знайшли свого застосування в цьому класі, на відміну від електронних ламп, які й досі широко використовуються. Існують методи підвищення ефективності вихідного каскаду класу А засновані на використанні динамічного керування струмом спокою або напругою живлення, однак такі методи не здобули широкого поширення.
- B — в цьому класі вихідний каскад побудований на двох лампах або транзисторах. Під час підсилення гармонійних сигналів період пропускання окремого елемента рівний 90°. Такий режим генерує велику кількість нелінійних спотворень через складності перемикання з одного елемента на інший, однак ККД каскаду значно збільшується. На топології цього класу побудовані 99 % усіх промислових підсилювачів звукової частоти.
- AB — підсилювачі, що працюють на двох лампах або транзисторах, за тим же принципом, як і класу B, однак поле дії обох транзисторів взаємно перекривають одне одного, що дозволяє зменшити кількість нелінійних спотворень, водночас у порівнянні з класом A, підсилювачі цього класу мають вищий ККД.
- C — працюють при напрузі зсуву більшій, ніж напруга запирання, і амплітудою сигналу, яка не перевищує напруги зсуву. У такому режимі транзистор проводить тільки верхню частину позитивної напівхвилі, що приводить до більших спотворень сигналу. Цей клас не придатний для використання як підсилювач звукової частоти, але часто застосовується в схемах генераторів і множників частоти (завдяки багатому набору гармонійних складових вихідного струму). Така схема характеризується високим ККД (близько 85 %).
- D — імпульсні (цифрові) підсилювачі. На базу транзистора (напруга зсуву якої повинна бути більше напруги запирання) подається послідовність імпульсів, що пройшли широтно-імпульсну модуляцію сигналом, який необхідно підсилити. Ця послідовність відмикає й замикає транзистор, змушуючи його працювати в режимі ключа. Значення ККД для цього класу становлять близько 90 %; пояснюється це малим часом роботи транзистора на лінійній ділянці характеристики, що дозволяє зменшити втрати на нагрівання. Однак такий спосіб підсилення звукового сигналу вимагає застосування низькочастотного фільтра на виході підсилювача. Через значні струми, що протікають через фільтр, та великі його розміри, потужність таких підсилювачів була незначною. З появою швидких потужних напівпровідників з'явилась можливість підняти несну частоту ШІМ та зменшити розміри і вартість вихідного фільтра. Саме завдяки цьому останнім часом зріс інтерес до підсилювачів цього класу.
- G — Клас G є удосконалення основної конструкції підсилювача класу АВ. Клас G використовує кілька шин живлення різної напруги і автоматично перемикається між ними відповідно до зміни вихідного сигналу. Дискретне перемикання між шинами живлення дає змогу підвищити загальний ККД підсилювача.
- H — каскад такого класу розроблявся для підвищення ККД. Основні результати досягаються способом подібним до класу G, але замість переключення між набором шин живлення, тут підсилювач класу Н підлаштовує напруги живлення під потреби навантаження. В цьому класі не потрібне ускладнення у вигляді додаткового каскаду, але принцип керування напругою джерела є доволі складним. Таке рішення було втілено фірмою Philips в 1998 році запропонувавши ринку інтегральну мікросхему ПЗЧ типу TDA1562Q, в якій крім вихідного каскаду типу B (потужність до 18 Вт/4 Ом) реалізований і клас Н (потужність до 70 Вт/4 Ом). Вихідний каскад класу Н вмикається при великих амплітудах вихідного сигналу, а також при температурі кристалу менше 120°С. Вихідні каскади такого класу використовуються в сценічному обладнанні (до прикладу, в лінійці сценічних підсилювачів Yamaha), де довготривала надійність є основним критерієм.
- T — клас який поєднує малу кількість нелінійних і гармонічних спотворень класу АВ з ефективністю класу D. Технологія класу T була винайдена в 1995 році компанією Tripath. Хоча Tripath закрила архітектуру чипу патентами, відомо, що доступні на даний час реалізації використовують зворотний зв'язок, схожий на високого порядку сігма-дельта модуляцію, з внутрішнім генератором частоти, щоб контролювати сигнал з компаратора. Два ключових аспекти цієї топології: а) зворотний зв'язок взято з комутаційного вузла, а не фільтрованого виходу, і б) порядок зворотного зв'язку передбачує набагато вищий коефіцієнт підсилення контуру на високих частотах, що не можливо в звичайному підсилювачі. Пік популярності до підсилювачів Tripath припав на другу половину 2000-х. Банкрутство компанії в 2007 році знову привернуло увагу до Т-класу, а на сьогодні його підтримують вироби китайських виробників, основним чином завдяки своїй надзвичайно низькій ціні приблизно 40-60 $ за підсилювач. Цей клас став основою для розвитку класів TD (), J (), Z ().
Примітки
- . hifi-audio.ru (рос.). 29 липня 2015. Архів оригіналу за 2 травня 2017. Процитовано 15 липня 2016.
Джерела
- Усилители мощности [ 22 жовтня 2007 у Wayback Machine.] (рос.)
- Дуплянкин Е. Усилители класса D — второе рождение(рос.)
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Pidsi lyuvach zvukovi h chasto t PZCh pidsilyuvach nizkih chastot PNCh angl audio amplifier pol wzmacniacz muzyczny elektronnij pidsilyuvach sho pidsilyuye malopotuzhni elektrichni signali zvukovogo diapazonu vid 20 Gc do 20 kGc sho vidpovidaye diapazonu chutih lyudinoyu akustichnih kolivan do rivnya neobhidnogo dlya roboti akustichnih sistem abo guchnomovciv i ye kincevim aktivnim elementom v sistemi otrimannya obrobki ta pidsilennya zvukovogo signalu Nizkochastotnij pidsilyuvach Mission Cyrus 1Pidsilyuvach McIntosh MA6800Shema prostogo dvotaktnogo pidsilyuvacha klasu V z diferencialnim kaskadom na vhodiBlok shema pidsilyuvacha z bagatokonturnim zvorotnim zv yazkom Osnovni parametriOsnovnimi parametrami pidsilyuvachiv ye taki amplitudno chastotna harakteristika klas Hi fi vimagaye AChH z vidhilennyam ne bilshe 1 5 dB v diapazoni 40 16000 Gc vidnoshennya signal shum do 105 raz riven nelinijnih spotvoren ne bilshe 1 dlya aparaturi klasu Hi Fi riven ne bilshe 3 dlya aparaturi klasu Hi fi nominalna potuzhnist Root Mean Squared RMS serednokvadratichne znachennya elektrichnoyi potuzhnosti obmezhenoyi zadanim rivnem nelinijnih spotvoren dlya visokoyakisnoyi aparaturi vid blizko 100 Vat i bilshe maksimalna potuzhnist potuzhnist pri vidtvorenni sinusoyidalnogo signalu v zadanomu diapazoni chastot zvichajno 1kGc pri yakij spotvorennya vihidnogo signalu ne perevishuyut vkazanij riven opir akustichnih sistem zazvichaj 4 abo 8 Om Dlya visokoyakisnoyi aparaturi vazhlivimi parametrami takozh ye rozpodil spektru nelinijnih spotvoren spotvorennya v visokochastotnij chastini spektru ye znachno pomitnishimi koeficiyent dempfuvannya dinamichnih golovok akustichnoyi sistemi dempfuvannya zabezpechuyetsya zdatnistyu pidsilyuvacha protidiyati inercijnomu ruhu pidvisnoyi sistemi golovki z difuzorom Rozpodil spektru nelinijnih spotvoren tranzistornih pidsilyuvachiv ye tradicijno visokim v visokochastotnij chastini spektru Ce pov yazano z specifikoyu roboti tranzistoriv Isnuyut shemotehnichni rishennya glibokij vid yemnij zvorotnij zv yazok vikoristannya emiternih rezistoriv v kaskadah z komplementarnimi parami ta zbilshennya vhidnogo oporu vihidnogo kaskadu zastosuvannya dzherela strumu yak dzherela signalu dlya vihidnogo kaskadu ta pidtrimannya strumu holostogo hodu vishe 50 mA yaki dozvolyayut uniknuti cogo efektu Efektivne dempfuvannya dinamichnih golovok zabezpechuyetsya znizhennyam vihidnogo oporu pidsilyuvacha Dlya cogo takozh vikoristovuyut z yednuvalni providniki vid pidsilyuvacha do akustichnoyi sistemi znachnogo peretinu do kilkoh kvadratnih milimetriv dlya potuzhnih pidsilyuvachiv Efektivne dempfuvannya takozh dosyagayetsya specialnim shemotehnichnim rishennyam pri yakomu vihidnij dinamichnij opir pidsilyuvacha staye vid yemnim V zalezhnosti vid rezhimu roboti vihidnogo kaskadu pidsilyuvacha rozriznyayut klasi pidsilyuvachiv A ta B ta pohidni vid nih klasi Podil pidsilyuvachivOdnotaktni ta dvotaktni V odnotaktnomu pidsilyuvachi ves signal pidsilyuyetsya protyagom odnogo periodu providnosti pidsilyuvalnogo elementa V dvotaktnomu pidsilyuvachi spochatku dodatna pivhvilya signalu pidsilyuyetsya protyagom polovini periodu a protyagom inshoyi polovini periodu vid yemna Klas roboti vihidnogo kaskadu Rozriznyayut pidsilyuvachi klasu A B C D ta gibridnih klasiv Klasi roboti vihidnogo kaskadu pidsilyuvachaA pidsilyuvachi u yakih ves signal pidsilyuyetsya odniyeyu lampoyu abo tranzistorom vikoristovuyutsya v malopotuzhnih kaskadah mayut KKD blizko 25 i zabezpechuyut najmenshij riven nelinijnih spotvoren Teoretichno najvishij KKD vihidnogo kaskadu klasu A blizko 50 mozhlivij lishe pri maksimalnij amplitudi vihidnogo signalu Na praktici zh maksimalnij KKD skladaye do 20 Tobto dlya togo shob viddati 1 Vat potuzhnosti v akustichnu sistemu neobhidno 4 Vati vidiliti u viglyadi tepla Cherez problemi z vidvedennyam tepla napivprovidniki ne znajshli svogo zastosuvannya v comu klasi na vidminu vid elektronnih lamp yaki j dosi shiroko vikoristovuyutsya Isnuyut metodi pidvishennya efektivnosti vihidnogo kaskadu klasu A zasnovani na vikoristanni dinamichnogo keruvannya strumom spokoyu abo naprugoyu zhivlennya odnak taki metodi ne zdobuli shirokogo poshirennya B v comu klasi vihidnij kaskad pobudovanij na dvoh lampah abo tranzistorah Pid chas pidsilennya garmonijnih signaliv period propuskannya okremogo elementa rivnij 90 Takij rezhim generuye veliku kilkist nelinijnih spotvoren cherez skladnosti peremikannya z odnogo elementa na inshij odnak KKD kaskadu znachno zbilshuyetsya Na topologiyi cogo klasu pobudovani 99 usih promislovih pidsilyuvachiv zvukovoyi chastoti AB pidsilyuvachi sho pracyuyut na dvoh lampah abo tranzistorah za tim zhe principom yak i klasu B odnak pole diyi oboh tranzistoriv vzayemno perekrivayut odne odnogo sho dozvolyaye zmenshiti kilkist nelinijnih spotvoren vodnochas u porivnyanni z klasom A pidsilyuvachi cogo klasu mayut vishij KKD C pracyuyut pri napruzi zsuvu bilshij nizh napruga zapirannya i amplitudoyu signalu yaka ne perevishuye naprugi zsuvu U takomu rezhimi tranzistor provodit tilki verhnyu chastinu pozitivnoyi napivhvili sho privodit do bilshih spotvoren signalu Cej klas ne pridatnij dlya vikoristannya yak pidsilyuvach zvukovoyi chastoti ale chasto zastosovuyetsya v shemah generatoriv i mnozhnikiv chastoti zavdyaki bagatomu naboru garmonijnih skladovih vihidnogo strumu Taka shema harakterizuyetsya visokim KKD blizko 85 D impulsni cifrovi pidsilyuvachi Na bazu tranzistora napruga zsuvu yakoyi povinna buti bilshe naprugi zapirannya podayetsya poslidovnist impulsiv sho projshli shirotno impulsnu modulyaciyu signalom yakij neobhidno pidsiliti Cya poslidovnist vidmikaye j zamikaye tranzistor zmushuyuchi jogo pracyuvati v rezhimi klyucha Znachennya KKD dlya cogo klasu stanovlyat blizko 90 poyasnyuyetsya ce malim chasom roboti tranzistora na linijnij dilyanci harakteristiki sho dozvolyaye zmenshiti vtrati na nagrivannya Odnak takij sposib pidsilennya zvukovogo signalu vimagaye zastosuvannya nizkochastotnogo filtra na vihodi pidsilyuvacha Cherez znachni strumi sho protikayut cherez filtr ta veliki jogo rozmiri potuzhnist takih pidsilyuvachiv bula neznachnoyu Z poyavoyu shvidkih potuzhnih napivprovidnikiv z yavilas mozhlivist pidnyati nesnu chastotu ShIM ta zmenshiti rozmiri i vartist vihidnogo filtra Same zavdyaki comu ostannim chasom zris interes do pidsilyuvachiv cogo klasu G Klas G ye udoskonalennya osnovnoyi konstrukciyi pidsilyuvacha klasu AV Klas G vikoristovuye kilka shin zhivlennya riznoyi naprugi i avtomatichno peremikayetsya mizh nimi vidpovidno do zmini vihidnogo signalu Diskretne peremikannya mizh shinami zhivlennya daye zmogu pidvishiti zagalnij KKD pidsilyuvacha H kaskad takogo klasu rozroblyavsya dlya pidvishennya KKD Osnovni rezultati dosyagayutsya sposobom podibnim do klasu G ale zamist pereklyuchennya mizh naborom shin zhivlennya tut pidsilyuvach klasu N pidlashtovuye naprugi zhivlennya pid potrebi navantazhennya V comu klasi ne potribne uskladnennya u viglyadi dodatkovogo kaskadu ale princip keruvannya naprugoyu dzherela ye dovoli skladnim Take rishennya bulo vtileno firmoyu Philips v 1998 roci zaproponuvavshi rinku integralnu mikroshemu PZCh tipu TDA1562Q v yakij krim vihidnogo kaskadu tipu B potuzhnist do 18 Vt 4 Om realizovanij i klas N potuzhnist do 70 Vt 4 Om Vihidnij kaskad klasu N vmikayetsya pri velikih amplitudah vihidnogo signalu a takozh pri temperaturi kristalu menshe 120 S Vihidni kaskadi takogo klasu vikoristovuyutsya v scenichnomu obladnanni do prikladu v linijci scenichnih pidsilyuvachiv Yamaha de dovgotrivala nadijnist ye osnovnim kriteriyem T klas yakij poyednuye malu kilkist nelinijnih i garmonichnih spotvoren klasu AV z efektivnistyu klasu D Tehnologiya klasu T bula vinajdena v 1995 roci kompaniyeyu Tripath Hocha Tripath zakrila arhitekturu chipu patentami vidomo sho dostupni na danij chas realizaciyi vikoristovuyut zvorotnij zv yazok shozhij na visokogo poryadku sigma delta modulyaciyu z vnutrishnim generatorom chastoti shob kontrolyuvati signal z komparatora Dva klyuchovih aspekti ciyeyi topologiyi a zvorotnij zv yazok vzyato z komutacijnogo vuzla a ne filtrovanogo vihodu i b poryadok zvorotnogo zv yazku peredbachuye nabagato vishij koeficiyent pidsilennya konturu na visokih chastotah sho ne mozhlivo v zvichajnomu pidsilyuvachi Pik populyarnosti do pidsilyuvachiv Tripath pripav na drugu polovinu 2000 h Bankrutstvo kompaniyi v 2007 roci znovu privernulo uvagu do T klasu a na sogodni jogo pidtrimuyut virobi kitajskih virobnikiv osnovnim chinom zavdyaki svoyij nadzvichajno nizkij cini priblizno 40 60 za pidsilyuvach Cej klas stav osnovoyu dlya rozvitku klasiv TD J Z Primitki hifi audio ru ros 29 lipnya 2015 Arhiv originalu za 2 travnya 2017 Procitovano 15 lipnya 2016 DzherelaUsiliteli moshnosti 22 zhovtnya 2007 u Wayback Machine ros Duplyankin E Usiliteli klassa D vtoroe rozhdenie ros