Поиск по сайту
Рубрики
Статистика
Rambler's Top100


Основные структурные схемы УМЗЧ

Существуют несколько структурных схем или топологий УМЗЧ, которых придерживаются конструкторы. Много экспериментов и исследований было проведено для определения наилучшей структуры звукового усилителя, и одной из таких топологий, без сомнения, является трехкаскадная схема, разработанная Лином на фирме RCA еще в 1956 году.

На следующем рисунку приведена упрощенная трехкаскадная схема Лина. Преимуществом такой концепции построения схемы является разделение элементарных функций всех каскадов, что позволяет целенаправленно управлять различными характеристиками усилителя. По данной топологи Лина реализовано, вероятно, 90% всех полупроводниковых УМЗЧ. (Дуглас Селф говорит даже о 98%).

Первый каскад схема на рисунке является усилителем — преобразователем проводимости (т. е. преобразует напряжение в ток). Он буферизует, усиливает входной сигнал и преобразует его в пропорциональный ток, приложенный к низкому входному сопротивлению второго каскада. Первый каскад усилителей практически всегда является дифференциальным, что обеспечивает инвертирую-щии вход для ООС и относительно высокое подавление пульсаций питающего напряжения. Первый каскад обычно называется входным каскадом.

Второй каскад является усилителем — преобразователем сопротивления (т. е. преобразует ток в напряжение). Он получает токовый сигнал от входного каскада и преобразует его в напряжение сигнала высокого уровня, обеспечивая частотную коррекцию, требуемую для устойчивости усилителя с ООС. По сути, второй каскад обеспечивает большую глубину ООС, и это свойство значительно повышает линейность усиления (терминология ООС будет обсуждаться ниже). Второй каскад обычно называется каскадом усиления напряжения (КУН).

Третий каскад усилителя рис, или выходной каскад (ВК), является усилителем тока.

Упрощенная схема усилителя Лина

Он принимает высоковольтный сигнал от КУН и обеспечивает коэффициент усиления около единицы при большом выходном токе в нагрузке. Третий каскад обычно является двухтактным усилителем с общим коллектором, существуют и другие варианты реализации.

Основным недостатком схемы Лина, в том каноническом виде, как она описана выше, является недостаточный коэффициент усиления без ООС (так называемого разомкнутого усиления) при не слишком высоких значениях скорости нарастания выходного сигнала и полосе пропускания. Поэтому предпринималось множество попыток ее усовершенствования, о которых будет рассказано позднее, по ходу обсуждения конкретных схем. По топологии Лина и ее вариациям реализована значительная часть интегральных операционных усилителей (ИОУ) широкого применения, что свидетельствует о ее универсальности. Но операционые усилители являются приборами, предназначенными для решения самых разнообразных задач (поэтому они и называются операционными), а УМЗЧ должен решать только одну: высококачественного линейного усиления с фиксированным коэффициентом передачи при минимуме любых искажений. Исследования Д. Е. Полонникова показали, что для решения данной задачи топология Лина неоптимальна.

Вторую (по широте распространения) разновидность УМЗЧ представляют устройства на основе буферизованного интегрального операционного усилителя (ИОУ), который призван восполнить недостаток разомкнутого усиления. На следующем рисунке приведена типовая структурная схема такого УМЗЧ.

В этих устройствах ИОУ совмещает функции входного каскада и КУН. Определенную проблему при реализации УМЗЧ такого типа представляет недостаточный, для достижения приемлемой выходной мощности, размах выходного сигнала стандартного ИОУ, -обычно не более ±14 В при стандартном напряжении питания ±15 В, что, с учетом потерь в выходном каскаде, соответствует примерно 20 Вт с.к.з. при нагрузке 4 Ом (для многих ламповых усилителей стоимостью в тысячи долларов США недоступна и такая мощность). На высоких частотах, при коэффициенте передачи УМЗЧ более 10 В/В (20 дБ), усилительных и динамических свойств большинства ИОУ для компенсации нелинейности выходного каскада при реальных нагрузках уже не хватает. Поэтому приходится добавлять еще один КУН, как показано на рис. 3.3 и рис. 3.4, либо использовать выходной каскад с усилением по напряжению, как показано на рис. 3.5, что, в любом случае, порождает проблемы с устойчивостью УМЗЧ, которые будут затронуты позже.

Схема, изображенная на рис. 3.4, требует некоторых пояснений. Значения напряжений ± и, «фиксирующих» базы соответствующих комплементарных транзисторов, примерно равны номинальным питающим напряжениям ИОУ. Поэтому напряжения питания ±1) всего УМЗЧ, а, следовательно, и выходная мощность, могут быть существенно выше.

Сопротивление нагрузки собственно ИОУ выбирается достаточно малым (но не вызывающим срабатывания встроенных ограничителей тока), чтобы обеспечить режим работы выходного каскада, близкий к минимальной нагрузке, иначе передаточная проводимость ИОУ, приведенная к цепям его питания, будет невелика. Подобные схемы согласования ИОУ и КУН по цепям питания ИОУ одно время широко публиковались. Однако, кроме повышения статических параметров (уменьшения напряжения смещения, шума и помех), они не обеспечивают сколь-нибудь заметных преимуществ по сравнению с типовой топологией Лина.

УМЗЧ на основе ИОУ

Усилитель мощности звуковой частоты на основе ИОУ с промежуточным КУН

Основной проблемой усилителей мощности на основе ИОУ с дополнительным КУН является, как ни парадоксально, избыток разомкнутого усиления по напряжению при недостаточной полосе пропускания и большом фазовом сдвиге, что вынуждает усложнять частотную и фазовую коррекцию, а также использовать местные ООС для снижения усиления и расширения полосы пропускания.

УМЗЧ на основе ИОУ и согласованием с КУН через цепи питания

УМЗЧ на основе ИОУ и выходным каскадом с усилением по напряжению

В результате усовершенствование схем УМЗЧ за счет применения ИОУ часто превращается в банальное усложнение, без какого-либо прироста качественных показателей.

На рис. 3.6 приведена структурная схема усилителя с параллельным высокочастотным каналом усиления, реализованная на основе идеи, предложенной Бакерфилдом (ВискегїіеІсі P.S.) в 1952 году.

УМЗЧ с паралельным высокочастотным каналом усиления

В своих монографиях Д. Е. Полонников показал, что именно такая топология является оптимальной для снижения всех видов искажений (в широкой полосе частот) в линейных (масштабных) усилителях с фиксированным коэффициентом передачи.

В качестве низкочастотного (НЧ) канала обычно используется ИОУ, в качестве высокочастотного (ВЧ) — истоковый повторитель напряжения. В реальной схеме выходные сигналы обоих каналов поступают, естественно, на оба плеча КУН. Коэффициент передачи усилителя равен отношению сопротивлений резисторов Р>21НА Усилитель инвертирует сигнал, но, полагаю, это нельзя считать недостатком, поскольку всегда можно пометить соответствующим образом выходные зажимы усилителя мощности.

Благодаря разделению фунций каналов усиления, в этой структуре можно получить очень большое разомкнутое усиление в звуковом диапазоне частот без снижения устойчивости при любых разумных значениях скорости нарастания выходного напряжения и полосы пропускания, а следовательно — исчезающе малые искажения всех видов.

Также хочу Вам порекомендовать магазин музыкальных инструментов showmarket.com.ua. В котором очень большой выбор музыкальных инструментов. Если вы не решаетесь сделать свою акустику то можете выбрать подходящюю для вас акустическую систему. Также если Вам нужен музыкальный инструмент то на showmarket.com.ua можно выбрать и купить тот который Вам нужен.

Комментарии запрещены.

Реклама