Инвертирующий усилитель на ОУ. Принцип работы. Принцип работы аудиоусилителя

Режимы и принцип работы усилителя на транзисторах

Принцип работы усилителя обусловлен режимом работы (включения) транзисторов и подразделяется на основные классы: А, B, AB, C, D. Каждому классу присущи определённые достоинства и недостатки, что в какой-то степени определяет сферу применения транзисторов.

Перевод транзисторов с класса "А" в класс "АВ" увеличивает коэффициент гармонических искажений в четыре раза, в результате коэффициент усиления (без ООС) возрастает на 10-15Дб, что уменьшает частоту среза на две октавы.

Режимы работы усилителя в классе «АВ» и «В» имеют общие недостатки - это переходные искажения первого порядка, которые имеют S - образную форму, на малом уровне сигнала. Чем ниже уровень сигнала, тем больше искажений. Такие усилители всегда хочется «врубить» по громче, чтобы как можно полнее (никогда не получится) почувствовать мощь и динамику музыкального произведения. К тому же, режимы работы транзисторов в классе «АВ» и «В» выдают негативные искажения сигнала, которые простираются до 11 гармоники и вызывают феномен «транзисторного» звука.

Производные от основных классов.

Существует разновидность усилителей мощности класса "А" - класс "А+". При этом низковольтные транзисторы работают в "А", а высоковольтные управляются величиной входного сигнала (класс "В" или "АВ"). Фильтром искажений является источник питания класса "В" или "АВ". Степень искажений зависит от разницы напряжения питания высоковольтных и низковольтных транзисторов, и приблизительно составляет 0.003%. КПД таких усилителей значительно выше, чем в классе "А", но общие искажения имеют гармоники высоких порядков, что придаёт звуку "жесткость".

Усилители мощности класса "АА" имеют очень низкий уровень искажений около 0.0005%, но порядок гармоник также высок. Специальная мостовая схема связывает усилитель напряжения класса "А" с стабилизирующим усилителем тока.

Звук класса А

Для достижение максимально возможного качества звучания все каскады усилителя мощности должны работать в однотактном режиме класса А, больше звуколюбивых, альтернативных режимов работы транзисторов не существует. Мощность усилителя и К.П.Д. не является показателем качества звука.На этой идеологической основе построен однотактный гибридный усилитель "Grimmi". Реальное понятие мощности и качества звучания в чистом классе "А". Невероятная универсальность усилителя «Grimmi». Моно запись (18 минут) сделана с мобильного телефона (объём 1.7гб) и сжата до 52мб, по программе "Total Video Converter 3.5". Однако звук - судите сами.

В результате длительных экспериментов пришли к общему мнению, что мощные спаренные транзисторы включённые однотактным повторителем мощности, максимально чётко контролируют любые АС (в акустически сложные помещениях) и обладают несущественными гармоническими искажениями сигнала низких порядков. Однако для высококачественного усиления напряжения (любые транзисторы, в любом режиме работы) непригодны, так как они имеют высокий спектр искажений гармонических составляющих, что окрашивает звук в металлический оттенок. Отныне мы изготавливаем полностью однотактную лампово-полупроводниковую конструкцию усиления, где усилителем напряжения выступает ламповый каскад, а усилителем тока биполярные NpN транзисторы. Мы не применяем полевые транзисторы, так как их музыкальные качества не соответствуют нашим требованиям, что определяет их место работы – сервисные каскады.

Желающие послушать усилитель "Grimmi" с настоящими АС - "Heliumacoustics", звоните по телефону (495)233-9472. Гарантируем, что Вы получите огромное удовольствие, на много больше, чем на натуральном концерте.

Принцип работы усилителя мощности - полная и подробная информация

Большинство аудиолюбителей достаточно категорично и не готово к компромиссам при выборе аппаратуры, справедливо полагая, что воспринимаемый звук обязан быть чистым, сильным и впечатляющим. Как этого добиться?

Поиск данных по Вашему запросу:

Принцип работы усилителя мощности

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Пожалуй, основную роль в решении этого вопроса сыграет выбор усилителя.ФункцияУсилитель отвечает за качество и мощь воспроизведения звука. При этом при покупке стоит обратить внимание на следующие обозначения, знаменующие внедрение высоких технологий в производство аудио - аппаратуры:

Hi-fi. Обеспечивает максимальную чистоту и точность звука, освобождая его от посторонних шумов и искажений.
Hi-end. Выбор перфекциониста, готового немало заплатить за удовольствие различать мельчайшие нюансы любимых музыкальных композиций. Нередко к этой категории относят аппаратуру ручной сборки.

Технические характеристики, на которые следует обратить внимание:

Входная и выходная мощность. Решающее значение имеет номинальный показатель выходной мощности, т.к. краевые значения часто недостоверны.
Частотный диапазон. Варьируется от 20 до 20000 Гц.
Коэффициент нелинейных искажений. Здесь все просто - чем меньше, тем лучше. Идеальное значение, согласно мнению экспертов - 0,1%.
Соотношение сигнала и шума. Современная техника предполагает значение этого показателя свыше 100 дБ, что сводит к минимуму посторонние шумы при прослушивании.
Демпинг-фактор. Отражает выходное сопротивление усилителя в его соотношении с номинальным сопротивлением нагрузки. Иными словами, достаточный показатель демпинг-фактора (более 100) уменьшает возникновение ненужных вибраций аппаратуры и т.п.

Следует помнить: изготовление качественных усилителей - трудоемкий и высокотехнологичный процесс, соответственно, слишком низкая цена при достойных характеристиках должна Вас насторожить.

Классификация

Чтобы разобраться во всем многообразии предложений рынка, необходимо различать продукт по различным критериям. Усилители можно классифицировать:

По мощности. Предварительный - своеобразное промежуточное звено между источником звука и конечным усилителем мощности. Усилитель мощности, в свою очередь, отвечает за силу и громкость сигнала на выходе. Вместе они образуют полный усилитель.

Важно: первичное преобразование и обработка сигнала происходит именно в предварительных усилителях.

По элементной базе различают ламповые, транзисторные и интегральные УМ. Последние возникли с целью объединить достоинства и минимизировать недостатки первых двух, например, качество звука ламповых усилителей и компактность транзисторных.
По режиму работы усилители подразделяются на классы. Основные классы - А, В, АВ. Если усилители класса А используют много энергии, но выдают высококачественный звук, класса B с точностью до наоборот, класс AB представляется оптимальным выбором, представляя собой компромиссное соотношение качества сигнала и достаточно высокого КПД. Также различают классы C, D, H и G, возникшие с применением цифровых технологий. Также различают однотактные и двухтактные режимы работы выходного каскада.
По количеству каналов усилители могут быть одно-, двух- и многоканальными. Последние активно применяются в домашних кинотеатрах для формирования объемности и реалистичности звука. Чаще всего встречаются двухканальные соответственно для правой и левой аудиосистем.

Внимание: изучение технических составляющих покупки, конечно, необходимо, но зачастую решающим фактором является элементарное прослушивание аппаратуры по принципу звучит-не звучит.

Применение

Выбор усилителя в большей степени обоснован целями, для которых он приобретается. Перечислим основные сферы использования усилителей звуковой частоты:

В составе домашнего аудиокомплекса. Очевидно, что лучшим выбором является ламповый двухканальный однотакт в классе А, также оптимальный выбор может составить трехканальный класса АВ, где один канал определен для сабвуфера, с функцией Hi - fi.
Для акустической системы в автомобиле. Наиболее популярны четырехканальные усилители АВ или D класса, в соответствии с финансовыми возможностями покупателя. В автомобилях также востребована функция кроссовер для плавной регулировки частот, позволяющей по мере необходимости срезать частоты в высоком или низком диапазоне.
В концертной аппаратуре. К качеству и возможностям профессиональной аппаратуры обоснованно предъявляются более высокие требования в силу большого пространства распространения звуковых сигналов, а также высокой потребности в интенсивности и длительности использования. Таким образом, рекомендуется приобретение усилителя классом не ниже D, способного работать почти на пределе своей мощности (70-80% от заявленной), желательно в корпусе из высокотехнологичных материалов, защищающем от негативных погодных условий и механических воздействий.
В студийной аппаратуре. Все вышеизложенное справедливо и для студийной аппаратуры. Можно добавить о наибольшем диапазоне воспроизведения частот - от 10 Гц до 100 кГц в сравнении с таковым от 20 Гц до 20 кГц в бытовом усилителе. Примечательна также возможность раздельной регулировки громкости на различных каналах.

Таким образом, чтобы долгое время наслаждаться чистым и качественным звуком, целесообразно заранее изучить все многообразие предложений и подобрать вариант аудио аппаратуры, максимально отвечающий Вашим запросам.

all-audio.pro

Цифровые усилители: «за» и «против» |

Оглянитесь вокруг! Присмотритесь к технике, которая вас окружает. Возможно, это никогда не приходило вам в голову, но почти вся аудио- и видеотехника вокруг вас — цифровая. Компьютер, телевизор (естественно, с цифровым гребенчатым фильтром изображения), DVD/CD/MPЗ-плеер, усилитель с колонками. Ага, вот мы и добрались до островка «аналога» в этом океане «цифры». Но и усилители тоже постепенно становятся цифровыми.

Действительно, именно усилители долгое время оставались последним оплотом аналоговой схемотехники; но в последнее время «боевые действия» «цифры» на этом «фронте» заметно активизировались, и, кажется, участь аналоговой усилительной техники уже предрешена — она останется для массового слушателя антиквариатом да будет тешить самолюбие поклонников высокобюджетных hi-end решений. Желаем мы этого или нет, но сейчас ни у кого уже нет сомнений в том, что многолетний конфликт аналогового звука и «цифры» совсем скоро должен прийти к своему логическому завершению с практически полной победой цифровой техники на всех фронтах — в том числе и на фронте звукового усиления. Но смогут ли цифровые технологии усиления полностью победить аналоговые усилители уже сейчас?

Как работает аналоговый усилитель?

Давайте для начала рассмотрим, как выглядит процесс обработки звукового сигнала в обыкновенном усилителе, который, в общем, уместно называть аналоговым. Звук зарождается во внешнем источнике сигнала, которым может служить CD/DVD-плеер, кассетный магнитофон, тюнер или «вертушка» для виниловых дисков, — тип источника сигнала здесь не играет практически никакой роли; затем он попадает на входной каскад усилителя.

Поступающий сигнал анализируется, при необходимости в него вносятся какие-то коррективы (например, при помощи темброблока увеличивается насыщенность низких частот или, наоборот, высоких), а затем «масштабируется» посредством специальных аналоговых усилительных схем. Таким образом, получается «укрупненная копия» исходного сигнала, в недостижимом теоретическом идеале стопроцентно идентичная входящему сигналу во всем, кроме его амплитуды, которая готова для подачи на выходной каскад, чтобы направиться в акустические системы и разлиться там океаном столь желанного для нас звукового пространства. Вуаля! Весь процесс кажется простым, естественным и стройным. Но, как это часто бывает, все это красиво лишь в теории. А что же мы получаем на практике?

На практике картина вырисовывается намного более сложная. Для более-менее достоверного звукоусиления с минимальными искажениями полезного сигнала требуется добиться внутри усилителя слаженной работы большого количества хорошо подобранных и грамотно настроенных аналоговых компонентов высокого качества. Их рабочие параметры не должны быть подвержены изменениям в зависимости от времени их собственного нагрева либо от каких-то паразитных шумов. (Согласитесь, было бы весьма странно прочитать в инструкции к аппарату фразу, подобную этой: «Качественная работа усилителя гарантирована не менее чем через полчаса после его включения и на протяжении не более трех часов его использования», — хотя она во многом соответствует действительности.) Это достигается лишь использованием дорогой схемотехники. Выход из строя или ухудшение параметров одного компонента моментально сказывается на качестве звука, временами — фатально. Также аналоговые звуковые компоненты сильно зависят от снабжения качественным электропитанием, которое во избежание наводок паразитных сигналов должно быть подано внутрь системы поистине виртуозно.

Принцип действия цифрового усилителя

С точки зрения коэффициента полезного действия и снижения искажений лучше, если усилитель работает в так называемом ключевом режиме, то есть напряжение на его выходе может принимать всего два значения. Но как тогда будет передаваться сложная форма сигнала?

Делается это следующим образом. Цифровой усилитель порциями подает на акустические системы энергию. Делается это импульсами различной ширины. Чем больше ширина импульса, тем больше энергии подается. При этом частота следования импульсов на два, а то и на три порядка отличается от максимальной частоты усиливаемого сигнала, что позволяет передавать самые тонкие нюансы звучания. Между усилителем и акустическими системами стоит специальный фильтр, который сглаживает импульсы, в виде которых подается энергия. В результате на динамики сигнал приходит уже не в импульсном, а в обычном, аналоговом виде.

Таким образом, на входе цифрового усилителя должно стоять некое устройство, которое преобразует значение аналогового сигнала в ширину импульса на выходе. Называется это принципом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В принципе, ШИМ можно реализовать и аналоговым способом — такие усилители создавались еще в 70-х годах прошлого века, но качество звука у них было низким. Реализовать ШИМ без значительного ущерба для качества звука позволили только цифровые технологии. Сейчас в цифровых усилителях используются и некоторые другие, более сложные, чем ШИМ, принципы управления импульсами на выходе, которые позволяют добиться еще более высокой точности усиления. Но суть остается прежней — сигнал преобразуется в импульсы, которые усиливаются и пропускаются через сглаживающий фильтр, снова превращаясь в аналоговый сигнал.

Самое современное решение — преобразование в импульсы для цифрового усиления непосредственно информации, записанной на цифровом носителе. Такой подход позволяет обеспечить высокое качество звука.

Аналоговые усилители звука

Раз уж мы выяснили, что собой представляет цифровое усиление и для чего оно нам нужно, давайте теперь посмотрим, как оно в настоящий момент представлено у «законодателей моды» аудиорынка.

Фирменная разработка компании Panasonic, например, носит название D.Sound (сокращение от Digital Sound — «цифровой звук») и является чем-то вроде «все в одном», где единственная микросхема отвечает за весь процесс усиления и частотной коррекции звука. Такая схема идеально подходит для создания миниатюрных аудиосистем, и линейка CD/МР3-плееров Panasonic D.Sound — отличный тому пример.

Заглянув под крышку одного из топовых Hi-Fi усилителей компании Sony — серий QX или ЕХ, — внутри мы обнаружим микросхему S-Master или S-Master PRO, ответственную за процесс цифрового усиления звука. Гордостью компании Sony также является и тот факт, что КПД данной микросхемы приближается к 90% — это означает, что на тепловую энергию расходуется всего лишь 10% потребляемой мощности, а вся остальная энергия тратится строго «по назначению».

Но самой интересной новинкой в сфере цифрового усиления, несомненно, является однобитный усилитель компании Sharp. Если попытаться сравнить его технические параметры с «метрикой» компакт-диска, то поначалу выбор однобитной схемы кажется странным по сравнению с 16 битами CD, но его главным отличием является огромная частота работы — 2,8 МГц против 44,1 кГц компакт-диска.

Для того чтобы лучше понять принцип его работы, стоит сказать пару слов еще об одной интереснейшей разработке, имеющей самое прямое отношение к однобитному цифровому усилению — новом флагманском формате записи аудио SACD (Super Audio Compact Disc). Как и оригинальный компакт-диск — CD, — этот формат был разработан совместными усилиями компаний Sony и Philips. Рекламный слоган SACD гласит: «Компакт-диск был отличной идеей, но эта — еще лучше!».

Главной особенностью нового формата является даже не высокая плотность записи носителя — фокус состоит в пересмотре самого подхода к принципу сохранения аудиоинформации. Если раньше, во времена компакт-дисков, вся поступающая цифровая информация должна была быть «отформатирована» отрезками по 16 бит с частотой 44,1 кГц, то сейчас отрезок уменьшили до 1 бита, а частота возросла до неимоверной отметки в 2,8 МГц. Впрочем, компания Sharp на этом не остановилась и недавно выпустила новую линейку аппаратуры, в которой тактовая частота еще повышена — до 5,6 МГц.

Справедливости ради стоит добавить, что однобитные цифроаналоговые преобразователи уже давно используются в дорогих CD-плеерах; но до сегодняшнего момента их потенциал не был раскрыт полностью и тратился на многопроходную «полировку» невысокого по нынешним меркам качества компакт-дисков.

Доводы «за»Что же может измениться с переходом на цифровое усиление? Практически все! Начнем с предварительной обработки преобразованного в цифровое представление входящего сигнала. Как вы сами уже понимаете, сделать частотную коррекцию «в цифре» — раз плюнуть, для этого даже не требуется особо производительная микросхема. Попутно она может сделать дополнительную обработку сигнала для добавления эффекта «звука вокруг», либо применить к нему одну или несколько настроек эквалайзера. Дальше настает черед «масштабирования» звука, что в цифровом его представлении можно сделать намного более точно и с минимумом потерь, — и все, уже можно преобразовывать сигнал обратно в аналоговую форму и отправлять его на акустические системы. Большим плюсом здесь является также и то, что все компоненты усилительной схемы находятся внутри одной микросхемы — это увеличивает стабильность параметров и повышает надежность работы усилителя в целом. Впрочем, конструкция допускает большое количество разнообразных вариантов исполнения и если вам не нравится схема «все в одном», то можно построить цифровой усилитель и по схеме с несколькими раздельными компонентами. В любом случае по сравнению с аналоговыми компонентами микросхемы имеют завидно постоянные рабочие параметры, слабо подвержены влиянию паразитных шумов, снисходительно относятся к качеству электропитания (в разумных пределах, конечно), а также практически исключают влияние многих факторов, зачастую убивающих аналоговую технику наповал.

Доводы «против»Конечно, не все так здорово. Есть минусы и у цифрового усиления. Во-первых, при работе с аналоговым источником звука наблюдается сильная зависимость качества звука от качества цифроаналоговых преобразователей, ответственных как за входящий, так и за исходящий сигнал. Даже если внутри усилителя будет идеально работать самая совершенная цифровая схема, низкокачественные аналогоцифро-вой и цифроаналоговый преобразователи (входной и выходной каскады, соответственно) могут свести на нет все титанические усилия по кропотливому созданию звука. Во-вторых, цифровые усилители пока что проигрывают лучшим аналоговым моделям в способности передавать резкие скачки сигнала, характерные для классической музыки. Впрочем, повышение тактовой частоты во многом решает эту проблему. Наконец, в-третьих, по мнению некоторых экспертов, хороший аналоговый усилитель звучит пока что более «живо», чем цифровой. Эта проблема может быть решена совершенствованием алгоритмов преобразования сигнала на входе в последовательность импульсов на выходе. Хотя трудно угодить всем, и, возможно, и в будущем останется немало слушателей, предпочитающих аналоговые усилители цифровым, как сейчас предпочитают «ламповый» звук…

ВыводыПопробуем подвести итог под вышесказанным: чем же цифровое усиление может быть интересно для нас, рядовых слушателей? Что оно несет конечному потребителю?

Тут можно начать с более строгого следования теории собственно звукоусиления: в полном соответствии с классической идеологией усиления сигнала, цифровые усилители предлагают нам минимум искажений полезного сигнала по сравнению с аналоговыми усилителями аналогичных классов, что, по идее, может примирить с «цифрой» даже пуристов звука.

Далее: так как все современные звуковые форматы (CD, DVD, SACD и новый Blu Ray) являются полностью цифровыми, было бы неразумно не воспользоваться преимуществами прямого цифрового усиления сигнала, без предварительного преобразования его в аналоговую форму с неизбежной деградацией качества (даже в предельно малых количествах) и возможными потерями каких-либо деталей звука. Представьте себе, насколько сильно это может изменить качество звука — в лучшую сторону, естественно!

Также существенным является тот факт, что размеры цифровых усилителей могут быть в разы меньше, чем у их громоздких аналоговых собратьев. Ведь их центральная часть — набор микросхем — практически не занимает места и может быть легко размещена в корпусе любой формы; вдобавок цифровой усилитель не нуждается в большом количестве вспомогательных электронных компонентов, необходимых его аналоговому «коллеге», что также положительно сказывается на его габаритах. Все это дает огромный простор для полета дизайнерской мысли и позволяет создавать поистине миниатюрные устройства с запоминающимся дизайном, не идя на компромисс в части качества звука.

Ну и не в последнюю очередь это вопрос цены. Сейчас, конечно, цифровые усилители дороже аналоговых, но это можно объяснить сравнительно малым объемом их производства. При крупносерийном производстве цифровые усилители обходятся дешевле аналоговых, поскольку для них требуется меньше ручных настроек. Согласитесь, что при прочих равных мы обычно выбираем не самое дорогое решение…

Таким образом, можно предположить, что в настоящее время главная сфера применения цифровых усилителей — аппаратура средней ценовой категории. Для очень дорогой аппаратуры цифровые усилители пока недостаточно популярны. Это связано как с тем, что технологии пока еще недостаточно «отшлифованы», так и с тем, что потребители очень дорогой аппаратуры весьма консервативны в своих пристрастиях. По мере развития технологии цифрового усиления будут захватывать и другие ценовые ниши. Так, крупносерийное производство цифровых усилителей даст возможность использовать их и в «бюджетной» аппаратуре. А совершенствование алгоритмов преобразования сигнала, наконец-то, позволит им завоевать сердца аудиофилов. В любом случае, именно цифровым усилителям принадлежит будущее.

www.audioshop.ru

Инвертирующий усилитель на ОУ. Принцип работы

Инвертирующий усилитель является одним из самых простых и наиболее часто используемых аналоговых схем. С помощью всего двух резисторов, мы можем выставить необходимый нам коэффициент усиления. Ничего не мешает нам сделать коэффициент менее 1, тем самым ослабив входной сигнал.

Часто к схеме добавляют еще один резистор R3, сопротивление которого равно сумме R1 и R2.

Чтобы понять, как работает инвертирующий усилитель, смоделируем простую схему. У нас на входе напряжение 4В, сопротивление резисторов составляет R1=1к и R2=2к. Можно было бы, конечно, подставить все это в формулу и сразу вычислить результат, но давайте посмотрим, как именно работает эта схема.

Начнем с напоминания основных принципов работы операционного усилителя:

Правило №1 - операционный усилитель оказывает воздействие своим выходом на вход через ООС (отрицательная обратная связь), в результате чего напряжения на обоих входах, как на инвертирующем (-), так и на неинвертирующем (+) выравнивается.

Обратите внимание, что неинвертирующий вход (+) соединен с массой, то есть на нем напряжение равное 0В. В соответствии с правилом №1 на инвертирующем входе (-) так же должно быть 0В.

Итак, мы знаем напряжение, находящееся на выводах резистора R1 и его сопротивление 1к. Таким образом, с помощью закона Ома мы можем выполнить расчет, и рассчитать, какой ток течет через резистор R1:

IR1 = UR1/R1 = (4В-0В)/1к = 4мА.

Чтобы знать, куда дальше течет этот ток, мы должны знать еще принцип действия усилителя:

Правило №2 - входы усилителя не потребляют ток

Таким образом, ток, протекающий через R1, течет далее через R2!

Снова воспользуемся законом Ома и вычислим, какое падение напряжения происходит на резисторе R2. Мы знаем его сопротивление и знаем какой ток через него, следовательно:

UR2 = IR2R2 = 4мА *2к = 8В.

Получается, что на выходе мы имеем 8В? Не совсем так. Напомню, что это инвертирующий усилитель, т. е. если на вход мы подаем положительное напряжение, а на выходе снимаем отрицательное. Как же это происходит?

Это происходит вследствие того, что обратная связь установлена на инвертирующем входе (-), и для уравнивания напряжений на входе усилитель снижает потенциал на выходе. Соединения резисторов можно рассмотреть как простой делитель напряжения, поэтому чтобы потенциал в точке их соединения был равен нулю, на выходе должно быть минус 8 вольт: Uвых. = -(R2/R1)*Uвх.

Есть еще один подвох, связанный с 3 правилом:

Правило №3 - напряжения на входах и выходе должны быть в диапазоне между положительным и отрицательным напряжением питания ОУ.

То есть нужно проверить, что рассчитанные нами напряжения можно реально получить через усилитель. Часто начинающие думают, что усилитель работает как источник свободной энергии и вырабатывает напряжение из ничего. Но надо помнить, что для работы усилителя также нужно питание.Классические усилители работают от напряжения -15В и +15В. В такой ситуации наши -8В, которые мы рассчитали, являются реальным напряжением, так как находится в этом диапазоне.

Однако современные усилители часто работают с напряжением 5В и ниже. В такой ситуации нет никаких шансов, чтобы усилитель выдал нам минус 8В на выходе. Поэтому, при проектировании схем всегда помните, что теоретические расчеты всегда нужно подкреплять реальностью и физическими возможностями.

Необходимо отметить, что инвертирующий усилитель имеет один недостаток. Мы уже знаем, что повторитель напряжения не нагружает источник сигнала, поскольку входы усилителя имеют очень большое сопротивление, и потребляют ток так мало, что в большинстве случаев его можно игнорировать (правило №2).

Инвертирующий же усилитель имеет входное сопротивление равное сопротивлению резистора R1, на практике оно составляет от 1к...1М. Для сравнения, усилитель с входами на полевых транзисторах имеет сопротивление порядка сотен мегаом и даже гигаом! Поэтому иногда может быть целесообразно перед усилителем установить повторитель напряжения.

www.joyta.ru

Принцип работы усилителей.

Количество просмотров публикации Принцип работы усилителей. - 16

При построении усилительных устройств наибольшее распространение получили каскады на биполярных и полевых транзисторах, использующие соответственно схемы включения транзистора общим эмиттером и общим истоком. Понятие и виды, 2018.Реже используются схемы включения с общим коллектором и общим стоком. Понятие и виды, 2018.Схемы включения с общей базой или общим затвором находят применение в узком классе устройств, например во входных цепях радиоприемных устройств, работающих в диапазоне УКВ.

Все схемотехническое многообразие каскадов, использующих схему включения биполярного транзистора с общим эмиттером, при использовании известных из теории электрических цепей методов должна быть приведено к единои̌ схеме, показаннои̌ на рис.2.3.1.

Рис. 2.3.1. Обобщенная схема усилительного каскада на БПТ типов n-p-n (а), p-n-p (б) и усилительный каскад с внешней нагрузкой (в).

Как следует из приведенного рисунка, принцип построения каскада не зависит от типа проводимости биполярного транзистора. По϶тому в дальнейшем можно рассматривать каскад, выполненный на биполярном транзисторе типа n-p-n. Далее, кроме особо оговоренных случаев, будем полагать, что нагрузочный элемент каскада Rн носит чисто активный характер, а напряжение усилительного каскада постоянным.

В приведеннои̌ схеме возможны два способа подключения нагрузки. При первом способе в качестве нагрузочного элемента усилительного устройства используется непосредственно резистор Rк, включенный в коллекторную цепь транзистора. При таком включении каскад реализует последовательную структурную схему усилительного устройства (рис.2.1.2, а). Во втором случае используют дополнительный| нагрузочный элемент Rн, включаемый параллельно выводам коллектора и эмиттера транзистора VТ (рис. 2.3.1, в). В ϶том случае каскад реализует параллельную структурную схему усилительного устройства (рис. 2.1.2, б).

Отличие способов подключения нагрузки приводит к различию свойств каскадов. Так, каскад, представленный на рис. 2.3.1, б фазы входного и выходного сигналов каскада совпадают. Отсюда следует, что, каскад является не инвертирующим и для него:

(2.3.1)

В схеме на рис. 2.3.1, в фазы входного и выходного сигналов отличаются на , и по϶тому каскад является инвертирующим. Связь выходного напряжения с параметрами схемы в данном случае имей вид:

(2.3.2)

Важно заметить, что в случае если интересоваться только переменнои̌ составляющей выходного сигнала, то для обоих случаев можно воспользоваться выражением (2.3.1). При ϶том для случая использования дополнительного нагрузочного резистора в выражении (2.3.1) вместо Rк надо подставить .

Резистор является балластным, и предназначен для линеаризации входнои̌ характеристики каскада. Входное сопротивление транзистора, особенно в её начальнои̌ части ᴇᴦο ВАХ, имеет существенно нелинейный характер, поэту одинаковые приращения входного напряжения приводят к разным приращениям входного , а, следовательно, и выходного токов.

, (2.3.3)

где - коэффициент передачи тока в схёме с общим эмиттером; - входное сопротивление транзистора, значение которого зависит от ; - суммарное входное напряжение каскада, где -управляющая (изменяющаяся) составляющая входного напряжения, - постоянная составляющая входного напряжения.

Если выражение (2.3.3) подставить в (2.3.1) и (2.3.2), то становится очевидным, что непостоянство , обусловленное изменением входного напряжения и, следовательно, режима работы транзистора, приводит к изменению коэффициента пропорциональности между входным и выходным напряжениями каскада. Передаточная характеристика каскада по напряжению приобретает существенно нелинейный характер, что усложняет ᴇᴦο практическое использование.

Для линеаризации передаточнои̌ характеристики последовательно с эмиттерным переходом транзистора включают балластный резистор Rб, сопротивление которого выбирается из условия Rб>> . Чем жестче выполняется ϶то неравенство, тем линейнее для заданного изменения входного напряжения входная характеристика каскада и выражение (2.3.3) приобретает вид

. (2.3.4)

Следует заметить, что введение в схему усилителя резистора уменьшает коэффициент усиления каскада и ϶то уменьшение тем больше, чем жестче выполняется неравенство Rб>> . Причина ϶того в том, что с увеличением меньшая часть входного напряжения прикладывается непосредственно к эмиттерному переходу транзистора.

referatwork.ru

Принцип работы усилителя - подробная информация, а также схема, обзор, статья и цена

Поиск данных по Вашему запросу:

Принцип работы усилителя

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Hi-fi. Обеспечивает максимальную чистоту и точность звука, освобождая его от посторонних шумов и искажений.
Hi-end. Выбор перфекциониста, готового немало заплатить за удовольствие различать мельчайшие нюансы любимых музыкальных композиций. Нередко к этой категории относят аппаратуру ручной сборки.

Технические характеристики, на которые следует обратить внимание:

Входная и выходная мощность. Решающее значение имеет номинальный показатель выходной мощности, т.к. краевые значения часто недостоверны.
Частотный диапазон. Варьируется от 20 до 20000 Гц.
Коэффициент нелинейных искажений. Здесь все просто - чем меньше, тем лучше. Идеальное значение, согласно мнению экспертов - 0,1%.
Соотношение сигнала и шума. Современная техника предполагает значение этого показателя свыше 100 дБ, что сводит к минимуму посторонние шумы при прослушивании.
Демпинг-фактор. Отражает выходное сопротивление усилителя в его соотношении с номинальным сопротивлением нагрузки. Иными словами, достаточный показатель демпинг-фактора (более 100) уменьшает возникновение ненужных вибраций аппаратуры и т.п.

Классификация

По мощности. Предварительный - своеобразное промежуточное звено между источником звука и конечным усилителем мощности. Усилитель мощности, в свою очередь, отвечает за силу и громкость сигнала на выходе. Вместе они образуют полный усилитель.

Важно: первичное преобразование и обработка сигнала происходит именно в предварительных усилителях.

По элементной базе различают ламповые, транзисторные и интегральные УМ. Последние возникли с целью объединить достоинства и минимизировать недостатки первых двух, например, качество звука ламповых усилителей и компактность транзисторных.
По режиму работы усилители подразделяются на классы. Основные классы - А, В, АВ. Если усилители класса А используют много энергии, но выдают высококачественный звук, класса B с точностью до наоборот, класс AB представляется оптимальным выбором, представляя собой компромиссное соотношение качества сигнала и достаточно высокого КПД. Также различают классы C, D, H и G, возникшие с применением цифровых технологий. Также различают однотактные и двухтактные режимы работы выходного каскада.
По количеству каналов усилители могут быть одно-, двух- и многоканальными. Последние активно применяются в домашних кинотеатрах для формирования объемности и реалистичности звука. Чаще всего встречаются двухканальные соответственно для правой и левой аудиосистем.

Применение

В составе домашнего аудиокомплекса. Очевидно, что лучшим выбором является ламповый двухканальный однотакт в классе А, также оптимальный выбор может составить трехканальный класса АВ, где один канал определен для сабвуфера, с функцией Hi - fi.
Для акустической системы в автомобиле. Наиболее популярны четырехканальные усилители АВ или D класса, в соответствии с финансовыми возможностями покупателя. В автомобилях также востребована функция кроссовер для плавной регулировки частот, позволяющей по мере необходимости срезать частоты в высоком или низком диапазоне.
В концертной аппаратуре. К качеству и возможностям профессиональной аппаратуры обоснованно предъявляются более высокие требования в силу большого пространства распространения звуковых сигналов, а также высокой потребности в интенсивности и длительности использования. Таким образом, рекомендуется приобретение усилителя классом не ниже D, способного работать почти на пределе своей мощности (70-80% от заявленной), желательно в корпусе из высокотехнологичных материалов, защищающем от негативных погодных условий и механических воздействий.
В студийной аппаратуре. Все вышеизложенное справедливо и для студийной аппаратуры. Можно добавить о наибольшем диапазоне воспроизведения частот - от 10 Гц до 100 кГц в сравнении с таковым от 20 Гц до 20 кГц в бытовом усилителе. Примечательна также возможность раздельной регулировки громкости на различных каналах.

all-audio.pro

Инвертирующий усилитель на ОУ. Принцип работы

Неинвертирующий усилитель - это, пожалуй, одним из трех самых элементарных схем аналоговой электроники, наряду со схемами инвертирующего усилителя и повторителя напряжения. Он даже проще чем инвертирующий усилитель, поскольку для работы схемы не нужно двухполярное питание.

Обратите внимание на единицу, содержащуюся в формуле. Это нам говорит о том, что неинвертирующий усилитель всегда имеет усиление больше 1, а это значит, что с помощью такой схемы вы не можете ослабить сигнал.

Чтобы лучше понять, как работает неинвертирующий усилитель, давайте рассмотрим схему на и подумаем, какое будет напряжение на его выходе.

В первую очередь мы должны подумать о том, какие напряжения присутствуют на обоих входах нашего операционного усилителя. Вспомним первое из правил, которое описывает работу операционного усилителя:

То есть, напряжение на инвертирующем входе составляет 3В. На следующем этапе давайте рассмотрим сопротивлением 10k. Мы знаем, какое напряжение на нем и его сопротивление, а значит, из мы можем вычислить какой ток течет через него:

I = U/R = 3В/10k = 300мкА.

Этот ток, согласно правилу 2, не может быть взят с инвертирующего входа (-), таким образом, он идет с выхода усилителя.

Правило №2 - входы усилителя не потребляют ток

Ток 300мкА протекает также через резистор сопротивлением 20к. Напряжение на нем мы легко вычислим с помощью закона Ома:

U = IR = 300мкА * 20к = 6В

Получается, что это напряжение и есть выходное напряжение усилителя? Не, это не так. Напомним, что резистор 20к на одном из своих выводов имеет напряжение 3В. Обратите внимание, как направлены напряжения на обоих резисторах.

Ток течет в направлении противоположном направлению стрелки, символизирующей точку с более высоким напряжением. Поэтому к рассчитанным 6В нужно добавить еще 3В на входе. В таком случае конечный результат будет 9В.

Стоит отметить, что резисторы R1 и R2 образуют простой . Помните, что сумма напряжений на отдельных резисторах делителя должно быть равно напряжению, поступающему на делитель - напряжение не может исчезнуть бесследно и возникнуть из ниоткуда.

В заключение мы должны проверить полученный результат с последним правилом:

То есть на необходимо проверить, что рассчитанное нами напряжение можно получить реально. Часто начинающие думают, что усилитель работает как «Perpetuum Mobile», и вырабатывает напряжение из ничего. Но надо помнить, что для работы усилителя также нужно питание.

Классические усилители работают от напряжения -15В и +15В. В такой ситуации расчетные нами 9В являются реальным напряжением, поскольку 9В находится в диапазоне питающего напряжения. Однако современные усилители часто работают с напряжением от 5В или еще ниже. В такой ситуации нет никаких шансов, чтобы усилитель выдал на выходе 9В.

Поэтому при разработке схем необходимо всегда помнить, что теоретические расчеты всегда должны сверяться с реальностью и физическими возможностями компонентов.

Дорога в десять тысяч ли начинается с первого шага.(китайская пословица)

Дело было вечером, делать было нечего… И так вдруг захотелось спаять что-нибудь. Этакое… Электронное!.. Спаять - так спаять. Компьютер имеется, Интернет подключен. Выбираем схему. И вдруг оказывается, что схем для задуманного сабжа - вагон и маленькая тележка. И все разные. Опыта нет, знаний маловато. Какую выбрать? Некоторые из них содержат какие-то прямоугольнички, треугольнички. Усилители, да еще и операционные… Как они работают - непонятно. Стра-а-ашно!.. А вдруг сгорит? Выбираем, что попроще, на знакомых транзисторах! Выбрали, спаяли, включили… HELP!!! Не работает!!! Почему?

Да потому, что «Простота - хуже воровства»! Это как компьютер: самый быстрый и навороченный - игровой! А для офисной работы достаточно и самого простого. Так же и с транзисторами. Спаять на них схему мало. Надо еще уметь её настроить. Слишком много «подводных камней» и «граблей». А для этого зачастую требуется опыт отнюдь не начального уровня. Так что же, бросать увлекательное занятие? Отнюдь! Просто не надо бояться этих «треугольничков-прямоугольничков». С ними работать, оказывается, во многих случаях намного проще, чем с отдельными транзисторами. ЕСЛИ ЗНАТЬ - КАК!

Вот этим: пониманием, как работает операционный усилитель (ОУ, или по-английски OpAmp) мы сейчас и займемся. При этом будем рассматривать его работу буквально «на пальцах», практически не пользуясь никакими формулами, разве что кроме закона дедушки Ома: «Ток через участок цепи (I ) прямо пропорционален напряжению на нем (U ) и обратно пропорционален его сопротивлению (R )»:I = U / R . (1)

Для начала, в принципе, не так уж и важно, как именно ОУ устроен внутри. Просто примем в качестве допущения, что он представляет собой «черный ящик» с какой-то там начинкой. На данном этапе не будем рассматривать и такие параметры ОУ, как «напряжение смещения», «напряжение сдвига», «температурный др

zgbox.ru

<<	<	Ноябрь 2013			>	>>
Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
				1	2	3
4	5	6	7	8	9	10
11	12	13	14	15	16	17
18	19	20	21	22	23	24
25	26	27	28	29	30

Инвертирующий усилитель на ОУ. Принцип работы. Принцип работы аудиоусилителя

Режимы и принцип работы усилителя на транзисторах

Звук класса А

Популярное

Принцип работы усилителя мощности - полная и подробная информация

Принцип работы усилителя мощности

Цифровые усилители: «за» и «против» |

Как работает аналоговый усилитель?

Принцип действия цифрового усилителя

Аналоговые усилители звука

Инвертирующий усилитель на ОУ. Принцип работы

Принцип работы усилителей.

Принцип работы усилителя - подробная информация, а также схема, обзор, статья и цена

Принцип работы усилителя

Инвертирующий усилитель на ОУ. Принцип работы

Видеоматериалы

Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше

Соответствует ли вода и воздух установленным нормативам?

С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей

Столичный Водоканал готовится к зиме

Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе

Актуальные темы

Формирование энергосберегающего поведения граждан

Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год

НАУЧИМСЯ ЭКОНОМИТЬ В БЫТУ

Рубрикатор

Пользователю

Доп.информация