Усилители мощности. Часть вторая

Усилители мощности. Часть вторая

Итак, в прошлый раз мы с вами остановились на том, что получили дырку величиной в 1,4 вольта, вылили 20 % пива в унитаз и отправились с горя кормить Кота, разболтавшего все секреты.

Продолжаем. На очереди класс АВ. Собственно, уже из названия видно, что эта схема построения выходного каскада получается путем скрещивания осьминога с вешалкой. То есть класса А и класса В. От первого мы берем ненулевой ток покоя I0>0. Таким образом, напряжение смещения на базах транзисторов присутствует. Считается оно так:

Для тех, кто только что свалился с луны, хочу напомнить, что RL - это сопротивление нагрузки, а I0 - это требуемый ток покоя. Ну а от класса В берем все остальное - поскольку ток покоя по сравнению с выходным током очень мал (I0<<0,1ILmax), то выходная, потребляемая, рассеиваемая мощности будут практически равны мощностям класса В и считаются по тем же формулам

В общем, смешивая эти два способа построения выходных каскадов, мы добиваемся существенного снижения нелинейных искажений с одной стороны (см. картинку) при вполне приличных мощностях и КПД с другой. Большинство современных бытовых усилителей работают именно в этом классе, а уж что касается интегральных усилителей, то есть микросхем, так и вообще все. Правда, за одним исключением, о котором чуть ниже. А пока, давайте подытожим, что мы имеем с этими тремя классами.

Итак, класс А - отличная линейность, практически полное отсутствие нелинейных искажений, но абсолютно невыносимые мощностные характеристики, особенно в части потребления и тепловыделения. Короче - хотите печку, сделайте выходной каскад класса А.

Класс В - мало ест, очень мало. Но при этом так крючит выходной сигнал, что уж лучше бы вообще ничего не делал.

Класс АВ - компромиссное решение между двумя предыдущими классами. Взято все лучшее от одного и другого. Вроде всех устраивает по соотношению цена/качество, за исключением, конечно, страшных людей - аудиофилов. Те предпочитают погорячее.

Разумеется, этими тремя классами дело не ограничивается - есть, например, такие экзотические режимы как А+ или G, но мы их рассматривать не будем, ввиду их чрезвычайно малой распространенности. Особо любопытствующие товарищи могут поковырять носом литературу или Интернет.

Ну а мы поскачем дальше, пока Кот спит.

Все рассмотренные выше усилители являлись линейными усилителями, не смотря на все вольности в обращении с вверенным им сигналом. То есть, эти схемы не предусматривают намеренного искажения входного сигнала перед его усилением. Теперь же мы рассмотрим класс усилителей, который специально коверкает входной сигнал, а после усиления восстанавливает его до первоначальной формы.

Это класс D. (Мяяяяу! Классный класс!) От же ж, Кота разбудили. Вообще говоря - класс D - это не только схема построения или режим работы выходного каскада - это целый отдельный класс усилителей. Но уж раз Кот проболтался о нем, то придется упихать все это в разговор о выходных каскадах.

Для начала, рассмотрим общую структурную схему усилителя.

Пробежимся быстренько по блокам, обезображенным на рисунке. Генератор ПИ - генератор прямоугольных импульсов выдает прямоугольные импульсы с фиксированной частотой Fs (график а), которые поступают на интегратор, где преобразуются в треугольные или пилообразные импульсы (график б), после чего поступают на один из входов компаратора.

На другой вход компаратора поступает входной аудио сигнал от источника. Вот тут то и начинается главная мясорубка под названием ШИМ (широтно-импульсная модуляция) или PWM (pulse-width modulation) если по-буржуйски. Остановимся подробнее на работе компаратора, для чего посмотрим на картинку.

Итак, как уже говорилось - на один вход компаратора поступают треугольные импульсы от генератора (синенькие на картинке), а на другой вход аудиосигнал, который необходимо усилить (на картинке что-то красное, похожее на синусоиду).

Дальше компаратор делает следующее: если текущее (мгновенное) значение уровня "пилы" превышает значение уровня входного сигнала, компаратор переключается в низкий логический уровень, если же наоборот - уровень сигнала "пилы" меньше, чем аудио сигнал, то компаратор переключается в логическую единицу.

Разумеется, это все происходит за один такт работы генератора (того, прямоугольного).

Таким образом, на выходе компаратора мы получаем прямоугольный сигнал, ширина импульсов которого зависит от амплитуды входного сигнала, а частота его равна частоте задающего генератора Fs - это и есть ШИ модулированный сигнал.

На самом деле, пилообразные импульсы нарисованы на картинке так редко исключительно для наглядности. В действительности, частота этих импульсов в 10-20 раз выше, чем максимальная частота звукового сигнала. Обычно она выбирается в пределах 200-500кГц.

Далее, промодулированный сигнал поступает на усилитель мощности на полевых транзисторах, которые работают в ключевом (switch-mode) режиме. После усилителя впендюривается фильтр НЧ, который отфильтровывает высокочастотную составляющую сигнала и восстанавливает аналоговый сигнала, который и воспроизводится затем нагрузкой.

Теперь давайте посмотрим к чему все эти пляски.

Прежде всего к КПД. Теоретически, КПД подобных усилителей должен достигать 100%, но к сожалению, сопротивление канала транзистора хоть и маленькое, но все же ненулевое. Но тем не менее, в зависимости от сопротивления нагрузки, КПД усилителей этого типа может достигать 90%-95%. Разумеется, при такой эффективности нагрев выходных транзисторов практически отсутствует, что позволяет создавать чертовски маленькие и экономичные усилители. Коэффициент гармонических искажений при грамотном построении выходного ФНЧ фильтра можно довести до 0,01%, что очень и очень достойно. Усилители этого класса выпускаются, как и АВ, в интегральном исполнении.

Ну вот, пока это все, что хотелось рассказать об оконечных каскадах, дальше у нас в планах каскады предварительного усиления - что это, с чем их едят и...

Публикация: ,






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.