Что такое унч в автозвуке

Опубликовано: 16.05.2024

Схема усилителя низкой частоты. Классификация и принцип работы УНЧ

Усилитель низких частот (далее УНЧ) – электронное устройство, предназначенное для усиления колебаний низкой частоты до той, которая необходима потребителю. Они могут выполняться на различных электронных элементах вроде транзисторов разных типов, ламп или операционных усилителей.

Параметры

коэффициент усиления по току = выходной ток / входной ток;
коэффициент усиления по напряжению = выходное напряжение / входное напряжение;
коэффициент усиления по мощности = выходная мощность / входная мощность.

Для некоторых устройств вроде операционных усилителей значение этого коэффициента очень велико, но работать со слишком большими (равно как и со слишком малыми) числами при вычислениях неудобно, поэтому часто коэффициенты усиления выражают в логарифмических единицах.

Для этого применяются следующие формулы:

коэффициент усиления по мощности в логарифмических единицах = 10 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по мощности;
коэффициент усиления по току в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по току;
коэффициент усиления по напряжению в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по напряжению;
коэффициент искажения сигнала.

Рассчитанные подобным образом коэффициенты измеряются в децибелах. Сокращенное наименование – дБ.

Номинальная.
Паспортная шумовая.
Максимальная кратковременная.
Максимальная долговременная.

Принцип работы усилителя

Основные технические показатели усилителей

· входные и выходные данные;

· коэффициент полезного действия (КПД);

· частотные характеристики (амплитудно-частотная и фазо-частотная);

· амплитудная характеристика и динамический диапазон;

Коэффициенты усиления

1. По напряжению: КU = UВЫХ / UВХ. Обычно коэффициент усиления по напряжению называют просто коэффициентом усиления усилителя (К) и обозначают без индекса.

2. По току: КI = IВЫХ / IВХ.

3. По мощности: КР = РВЫХ / РВХ

Коэффициенты усиления по напряжению и по току являются комплексными величинами, т.к. выходное напряжение и ток из-за наличия в нагрузке и цепях усилителя реактивных составляющих сопротивления сдвинуты по фазе относительно входных значений напряжения и тока.

Для многокаскадного усилителя, содержащего n каскадов, общий коэффициент усиления определяется выражением

Чаще наиболее удобным является представление коэффициента усиления в логарифмических единицах (децибелах), для чего пользуются соотношениями:

К(дб) = 20lgK; КI(дб) = 20lgKI ; KP(дб) = 10lgKР …… (1.4)

При этом коэффициент усиления многокаскадного усилителя в логарифмических единицах будет иметь выражение:

Коэффициент полезного действия

Для оценки экономичности работы мощных усилителей используют понятие коэффициента полезного действия (h), равного отношению отдаваемой усилителем в нагрузку мощности сигнала РНАГР к суммарной мощности РS, потребляемой им от всех источников питания:

Частотные характеристики

Так как коэффициент усиления усилителя при изменении частоты изменяется как по модулю, так и по фазе, отдельные гармонические составляющие сложного электрического сигнала, подаваемого на вход усилителя, усиливаются неодинаково и сдвигаются на различное время; обе эти причины приводят к изменению формы выходного сигнала.

Изменения формы сигнала, вызываемые неодинаковым усилением различных частот, называют частотными искажениями; искажения формы, вызываемые сдвигом фазы, вносимым усилителем, называют фазовыми искажениями.

Как частотные, так и фазовые искажения обусловлены линейными элементами схемы усилителя, т.е. элементами, подчиняющимися закону Ома; поэтому их называют линейными искажениями.

Допустимая величина частотных искажений зависит от назначения усилителя и может изменяться в широких пределах. Например, для усилителей звуковых частот радиоаппаратуры среднего качества допускают частотные искажения порядка ± (2 ¸ 4) дБ, почти незаметные на слух; для высококачественных усилителей, используемых в измерительной аппаратуре, допустимые искажения определяются необходимой точностью аппаратуры и могут составлять доли децибела.

Оценку фазовых искажений, вносимых усилителем, производят по его фазо-частотной (фазовой) характеристике, представляющей зависимость угла сдвига фазы j между выходным и входным напряжениями от частоты, построенной в линейном масштабе по обеим осям. Для удобства оценки фазовых искажений фазовую характеристику усилителя строят отдельно для нижних и верхних частот (рис.1.2а,б).

Переходная характеристика

В импульсных усилителях (видеоусилителях) линейные искажения усиливаемых сигналов обусловлены переходными процессами установления токов и напряжений в цепях, содержащих реактивные сопротивления.

Для оценки линейных искажений, называемых в импульсных усилителях переходными искажениями, используют переходную характеристику, представляющую собой зависимость мгновенного значения выходного напряжения (тока) сигнала от времени при мгновенном (скачкообразном) изменении напряжения (тока) во входной цепи усилителя.

Амплитудная характеристика и динамический диапазон

Это зависимость амплитуды (или действующего значения) напряжения сигнала на выходе от амплитуды (или действующего значения) напряжения сигнала на входе.

Нелинейные искажения

Это изменения его формы, вызываемые нелинейными элементами, входящими в схему усилителя.

Основные причины появления в усилителе нелинейных искажений:

1. Нелинейность характеристик УЭ (транзисторов, электронных ламп и др.)

2. Нелинейность характеристики намагничивания магнитных материалов сердечников трансформаторов и дросселей усилителя (если они присутствуют в схеме).

Так как выходной ток транзистора (ток коллектора) в первом приближении пропорционален входному току (току базы), нелинейные искажения последнего передаются в выходную цепь.

Усилитель на транзисторах: виды, схемы, простые и сложные

Простейший усилитель на транзисторах может быть хорошим пособием для изучения свойств приборов. Схемы и конструкции достаточно простые, можно самостоятельно изготовить устройство и проверить его работу, произвести замеры всех параметров.

Частотные характеристики

Усилители низкой (звуковой) частоты имеются практически во всех бытовых приборах – музыкальных центрах, телевизорах, радиоприемниках, магнитолах и даже в персональных компьютерах. Но существуют еще усилители ВЧ на транзисторах, лампах и микросхемах. Отличие их в том, что УНЧ позволяет усилить сигнал только звуковой частоты, которая воспринимается человеческим ухом. Усилители звука на транзисторах позволяют воспроизводить сигналы с частотами в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.

Следовательно, даже простейшее устройство способно усилить сигнал в этом диапазоне. Коэффициент усиления зависит прямо от частоты входного сигнала. График зависимости этих величин – практически прямая линия. Если на вход усилителя подать сигнал с частотой вне диапазона, качество работы и эффективность устройства быстро уменьшатся. Каскады УНЧ собираются на транзисторах, работающих в низко- и среднечастотном диапазонах.

Классы работы звуковых усилителей

Все усилительные устройства разделяются на несколько классов, в зависимости от того, какая степень протекания в течение периода работы тока через каскад:

Класс «А» – ток протекает безостановочно в течение всего периода работы усилительного каскада.
В классе работы «В» протекает ток в течение половины периода.
Класс «АВ» говорит о том, что ток протекает через усилительный каскад в течение времени, равного 50-100 % от периода.
В режиме «С» электрический ток протекает менее чем половину периода времени работы.
Режим «D» УНЧ применяется в радиолюбительской практике совсем недавно – чуть больше 50 лет. В большинстве случаев эти устройства реализуются на основе цифровых элементов и имеют очень высокий КПД – свыше 90 %.

Наличие искажений в различных классах НЧ-усилителей

Рабочая область транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно небольшими нелинейными искажениями. Если входящий сигнал выбрасывает импульсы с более высоким напряжением, это приводит к тому, что транзисторы насыщаются. В выходном сигнале возле каждой гармоники начинают появляться более высокие (до 10 или 11). Из-за этого появляется металлический звук, характерный только для транзисторных усилителей.

При нестабильном питании выходной сигнал будет по амплитуде моделироваться возле частоты сети. Звук станет в левой части частотной характеристики более жестким. Но чем лучше стабилизация питания усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ, работающие в классе «А», имеют относительно небольшой КПД – менее 20 %. Причина заключается в том, что транзистор постоянно открыт и ток через него протекает постоянно.

Для повышения (правда, незначительного) КПД можно воспользоваться двухтактными схемами. Один недостаток – полуволны у выходного сигнала становятся несимметричными. Если же перевести из класса «А» в «АВ», увеличатся нелинейные искажения в 3-4 раза. Но коэффициент полезного действия всей схемы устройства все же увеличится. УНЧ классов «АВ» и «В» характеризует нарастание искажений при уменьшении уровня сигнала на входе. Но даже если прибавить громкость, это не поможет полностью избавиться от недостатков.

Работа в промежуточных классах

У каждого класса имеется несколько разновидностей. Например, существует класс работы усилителей «А+». В нем транзисторы на входе (низковольтные) работают в режиме «А». Но высоковольтные, устанавливаемые в выходных каскадах, работают либо в «В», либо в «АВ». Такие усилители намного экономичнее, нежели работающие в классе «А». Заметно меньшее число нелинейных искажений – не выше 0,003 %. Можно добиться и более высоких результатов, используя биполярные транзисторы. Принцип работы усилителей на этих элементах будет рассмотрен ниже.

Но все равно имеется большое количество высших гармоник в выходном сигнале, отчего звук становится характерным металлическим. Существуют еще схемы усилителей, работающие в классе «АА». В них нелинейные искажения еще меньше – до 0,0005 %. Но главный недостаток транзисторных усилителей все равно имеется – характерный металлический звук.

«Альтернативные» конструкции

Нельзя сказать, что они альтернативные, просто некоторые специалисты, занимающиеся проектировкой и сборкой усилителей для качественного воспроизведения звука, все чаще отдают предпочтение ламповым конструкциям. У ламповых усилителей такие преимущества:

Очень низкое значение уровня нелинейных искажений в выходном сигнале.
Высших гармоник меньше, чем в транзисторных конструкциях.

Но есть один минус, который перевешивает все достоинства, – обязательно нужно ставить устройство для согласования. Дело в том, что у лампового каскада очень большое сопротивление – несколько тысяч Ом. Но сопротивление обмотки динамиков – 8 или 4 Ома. Чтобы их согласовать, нужно устанавливать трансформатор.

Конечно, это не очень большой недостаток – существуют и транзисторные устройства, в которых используются трансформаторы для согласования выходного каскада и акустической системы. Некоторые специалисты утверждают, что наиболее эффективной схемой оказывается гибридная – в которой применяются однотактные усилители, не охваченные отрицательной обратной связью. Причем все эти каскады функционируют в режиме УНЧ класса «А». Другими словами, применяется в качестве повторителя усилитель мощности на транзисторе.

Причем КПД у таких устройств достаточно высокий – порядка 50 %. Но не стоит ориентироваться только на показатели КПД и мощности – они не говорят о высоком качестве воспроизведения звука усилителем. Намного большее значение имеют линейность характеристик и их качество. Поэтому нужно обращать внимание в первую очередь на них, а не на мощность.

Таблица классов усилителей по углу проводимости

Усилители класса АВ, В и С могут быть определены в терминах угла проводимости θ следующим образом:

— Чувствительность динамика. Характеристика всегда указываемая для динамика.Это можно сказать КПД динамика. Чем выше эта цифра тем громче будет играть динамик при прочих равных условиях, а громкость никогда лишней не будет :):):)

— диаметр динамика. Как правило чем больше диаметр динамика тем выше его чувствительность. см.выше. :)

— полосы динамика(колонки, аккустической системы, акустики) количество динамиков в составе акустики, которые воспроизводят каждый свои частоты.

— кроссовер.Специальная схема разделяющая сигнал на несколько полос для динамиков со своим диапазоном частот.

— компонентная акустика это у которой все полосы устанавливаются отдельно и независимо и
подключаются к общему кроссоверу.

Коаксиальная акустика- та в которой все полосы собраны вместе перед басовым динамиком.На нем же и установлен кроссовер как правило.

-поканальная система усиления. Эт система в которой у каждого динамика есть свой канал усилителя, в такой системе отсутствуют кроссоверы и все управляется процессорной магнитолой.

— мостовое включение каналов усилителя. Подключение при котором 2 канала усилителя работают на 1динамик.Мощность отдаваемая усилителем при этом возрастает в 2-3 раза.

— Силовые кабели: провода питания магнитолы или усилителей. Межблочные кабели: провода от линейных выходов магнитолы до входов усилителя. Аккустические провода: провода идущие к динамикам.

Отдельно хотел предостеречь вас от самой главной и распространенной ошибки.Самое бессмысленное занятие спрашивать в интернете как звучит тот или иной компонент и какой лучше.Не важно магнитола это, усилитель или динамики. Точно также бесполезно слушать компоненты на стенде в магазине. Это все не даст ровным счетом НИ ЧЕ ГО! Во первых уши и запросы у всех разные.То что нравится одному, будет ужасно для другого. Во вторых компонент в отрыве от конкретной машины в конкретной системе рассматривать нельзя! В разных условиях аппаратура будет звучать абсолютно по разному.
Любая покупка любой аппаратуры в какой то мере это тычок пальцем в небо и узнаете как оно заиграет только установоив все в свое авто и настроив.Совет всего один: перед покупкой постарайтесь послушать это у кого то в машине, похожей габаритами салона на вашу.

Теперь о главном! :)
Вы решили самостоятельно ставить звук в машину! Сели на диван и задумались :) А задуматься надо в первую очередь о том что хотите! Вернее насколько глубоко готовы залезть в свой кошелек и чего получить в результате. Тут рекомендую посидеть в машинах друзей и знакомых, послушать поспрашивать что и как стоит и потом определиться. Как правило классические системы формируют следующими вариантами:
— магнитола и 2 динамика сзади или спереди в дверях.
— магнитола и 4 динамика. 2 спереди 2 сзади.
— магнитола и 2 динамика спереди + саб
— магнитола и 4 динамика + саб
— прочее (поканалки, процессоры, многоусилительные системы. Либо многокиловаттные эс пи эль системы).
Лучше всего сразу реально оценить свои запросы, силы, возможности и финансы и только потом
начинать. Переделывать всегда сложнее чем делать с нуля.

1) МАГНИТОЛА. Рекомендую обойти стороной самые дешевые магнитолы. К сожалению сделаны они не надежно и их век крайне не велик. Лучше возьмите бюджетную магнитолу от брендов чем навороченую двд, тв китайскую поделку. Уверяю вас глюки и косяки приведут вас в бешенство и от радости не останется и следа.
Второй совет по магнитолам: отдайте предпочтение магнитолам с USB входом. В случае каких
либо проблем с приводом у вас всегда останется второй источник.
Ну и третий очень важный совет: проследите чтоб количество линейных выходов хватило для построения вашей системы.
Бывает 1 линейный выход на сабвуфер.
2 линейных выхода: Могут переключатся либо работать на полный диапазон либо на работу с сабом.
3 линейных выхода: 2 на полный диапазон +1 на саб.
4 линейных выхода: тоже что и предыдущее только выхода на саб 2 с возможностью переключения на полную полосу (2 фронт-2 тыл).
5 линейных выходов. 2 фронт, 2 тыл + 1 на саб.
6 линейных выходов. 2 фронт, 2 тыл, 2 саб, либо в случае процессорной магнитолы 6 линейных выходов + саб для организации поканальной системы.

Что касается сабвуферных выходов то по сути разницы не будет что 1 что 2 выхода.
На любой 1 линейный выход в принципе можно подключать 2 усилителя через разветвитель.но как
показывает практика есть риск что линейник не сможет полноценно раскачать оба усилка.

2) ПЕРЕДНИЕ ДИНАМИКИ (фронт). Тут у вас выбор только между количеством полос компонентной акустики. Коаксиальная за очень редким исключением не работает адекватно на фронте. Вам придется выбирать между 2мя и 3мя полосами. Если у вас нет планов строить поканальную систему с процессорной магнитолой, советую вам остановиться в выборе на 2х полосной системе.

Ее проще установить и гораздо проще настроить. Мидбасовые динамики ставятся в двери, желательно с доворотом на слушателя. Пищалки в оконные стойки, либо в угол окна двери.Пищалки желательно в регулируемых корзинках, чтоб можно было регулировать их направление.

3) ЗАДНИЕ ДИНАМИКИ (тыл) тут как раз вполне подойдут коаксиальные динамики. предпочтительно блины ( у них больше площадь излучения а значит и чувствительность ;) ). с полосами в них немного сложнее. Встречаются не только 2х и 3х полосные но и 4,5 и даже 6 полос! :) как правило полос там все те же 3 но по 2-3 динамика на сч и вч полосу. Из моих наблюдений оптимально 3 полосы. Больше нет смысла.При подключении от магнитолы бессмысленен подбор динамиков по мощностям. Практически любая коаксиальная или компонентная система подойдет по мощности к магнитоле. Настоятельно советую не читать заявленые мощности на динамиках, усилках, магнитолах. В реальности цифры гоораздо скромнее.;)

4) САБВУФЕР. Самый модный компонент автозвука :):):) Повод для гордости любого автомобилиста!
Сабвуферы бывают с заводским корпусом и без. Те которые без корпуса делятся на те которые расчитаны на работу в ящике и на те которые работают в аккустической полке.При этом нельзя ставить фри эйрный саб в ящик и ящичный в полку. В лучшем случае вы получите говнозвук в худшем убьете динамик.
Разновидности сабов:
— активный. саб со встроенным усилком. самый простой, незатейливый и дешевый вариант. Звук от него точно такой же самый простой, незатейливый и дешевый.

— фри эйр. Устанавливаются в полку и имеют весьма посредственный звук. годится для тех кто не хочет особо заморачиваться.

— Оформление Закрытый Ящик. просто ящик в который установлен динамик. отличается ровной характеристикой баса, скоростью баса. Но проигрывает по громкости.

— оформление ФазоИнвертор. Самое распространенное оформление. Ящик со щелью или круглыми портами. Излюбленное оформление ЭС ПИ ЭЛЬщиков. Приемущества: громкость, громкость и громкость :) В заводском оформлении им иногда не хватает скорости баса и качества. И для такого саба нужен обязательно усилитель с сабсоником (фильтром инфранизких частот) Без него есть риск порвать динамик в силу особенностей работы этого оформления.

— Оформление БандПасс. Если в двух словах это оформление в котором динамик находится внутри
ящика а наружу выходят только порты. Это оформление является самым громкоим из всех, но
вместе с тем и крайне сложным в изготовлении, расчете и настройке.Как раз изза этого
практически все бандпассы заводского изготовления имеют очень не красивый, бубнящий, гудящий
звук без какой либо атаки. Лично я ни кому не рекомендую это оформление. Оставьте его для
фанатов и спецов.

Сабвуферы бывают однокатушечные и двухкатушечные. 2х катушечным с помощью разного подключения обмоток менять незначительно харатктеристики.Или подключать сразу к 2м усилителям. такие сабы использую эс пи эльщики для достижения аксимальной мощности отдаваемой усилителем.

Также сабвуферы отличаются диаметром. Чем больше диаметр тем выше чувствительность и ниже частота работы и пожалуй ниже скорость баса. Ну и большой диаметр требует большого объема ящика который поселится в багажнике, не забывайте об этом.

Если вы решитесь изготавливать ящик самостоятельно то не хватайте тут же ножевку и шуруповерт. Потратьте время на изучение того как правильно это делать. На первый взгляд дело не хитрое, но скрывает в себе множество нюансов от которых напрямую будет зависеть результат. В частности самое главное то что каждому динамику необходим индивидуальный объем ящика и его параметры. В один ящик тыкать все динамики подрят дело не особо благодарное, по этому либо воспользуйтесь рекомендациями производителя в документах на динамик, либо сделайте расчет самостоятельно с помощью программы JBL speakershop.

Усилители бывают 1но канальные( моноблоки) 2х канальные, 4х канальные, 5ти канальные.
Сперва поделюсь с вами одной небольшой хитростью на которую многие не обращают внимание.
Все усилители расчитаны на работу с определенным сопротивлением нагрузки. Боевыеусилители в

расчет брать не будем. Они для спецов, им моя статья нах не нужна :):) Все обычные усилки работают с 2х омной нагрузкой на канал и 4 ом при соединении каналов в мост.Меньше сопротивление подключать опасно для усилка. Больше можно но усилитель не сможет работать на полную громкость.Так вот. Подавляющее большенство акустики на рынке имеет сопротивление 4ом! А это значит в обычном включении на 1 канал мы можем совершенно спокойно повесить по 2 динамика! например есть фронт и тыл.Совершенно не обязательно брать 4х канальный усилитель. Достаточно 2х канального :) Единственный минус- отсутствие регулировки баланса фронт-тыл.

— моноблоки. Бывают сабвуферные и с полной полосой. используются как правило для работы с мощными сабами.

— 2х канальные усилители. Применяют как для работы с фронтом, тылом так и соединяют в мост

для работы на сабвуфер.
-4х канальные. Как правило 2 канала соединяют в мост для саба. Оставшейся парой каналов качают фронт, тыл.

-5ти канальные. Этакий универсальный вариант. 4 канала для фронта-тыла и 1 канал более мощный на саб.

Также усилители делятся на классы работы.Самые распространенные: А, АВ.D класс. Принцип работы у этих усилителей разный, но главное что нас интересует это то, что они имеют разный КПД.
А класс. используется в основном специалистами SQ такие усилки имеют большой нагрев, большие габариты и низкий КПД порядка 20-30процентов если не ошибаюсь.
АВ класс. Самый распространенный среди усилителей. средние размеры, средний нагрев, КПД порядка 60процентов.
D класс. Цифровые моноблоки. Большая мощность, маленький размер, небольшой нагрев, КПД до 85-90 процентов. Минус в том что за редким исключением D класс не может воспроизводить высокие частоты изза особенностей свой конструкции и могут работать только на сабвуфер.

Самый главный вопрос: как подобрать по мощностям динамики- усилители. Чтоб и работало на всю и не горели динамики. К сожалению это не просто. Производители практически никогда не указывают верную мощность. Тут могу посоветовать только одно: на форумах узнать у людей примерную РЕАЛЬНУЮ максимальную мощность выбираемых динамиков и усилителей и подбирать либо равные по мощности компоненты либо чтоб динамики были чуть мощнее.

Тут все немного проще чем кажется. Во первых сразу хочу развеять миф о бескислородной меди. ВСЯ медь используемая в проводах является бескислородной и только такой! Медь насыщенная кислородом очень хрупка и она крошится. соответсвенно для проводов физически непригодна. В общем реклама и не более того.Зато появилось другое технологическое решение. Обмедненный аллюминий. аллюминиевый провод с медной оболочкой. Практически все бюджетные rомплекты подключения усилителей состоят из таких проводов. их легко отличить по белесому срезу и легко отламывающихся жилках. В принципе такой провод будет работать но его характеристики существенно хуже чем у медного. Он даст больше просадок на пиках потребления. В общем советую вам использовать провода содержащие чистую медь.Как силовые так и акустические.Сечение силовых проводов можно подобрать по этой табличке.

Ток потребления лучше считать суммой номиналов предохранителей усилителей, чтоб был запас.

Сечение акустических проводов можно посчитать примерно так:
D=(Pmax/U)/10
где D — диаметр кабеля в, Pmax — максимальная мощность потребителя, в данном случае динамика (либо же максимальная мощность усилителя на канал). Лучше для расчета брать большее значение, дабы обеспечить запас для дальнейшего роста.
U — напряжение сети, т.е. 12В.

К межблочным проводам есть еще одно требование кроме чистоты меди. надежное экранирование. чем качественнее выполнено экранирование межблоков тем меньше помех они наловят. Я бы посоветовал для установки в систему использовать бюджетные линейки межблочников брендовых фирм.

Отдельно упомяну сложные поканальные процессорные системы которые являются высококачествеными системами воспроизведения звука.И системы расчитаные на максимальное звуковое давление.И то и другое профессиональный высший пилотаж. Настолько высший что как правило в повседневной жизни оно и нафиг не надо :) В обоих случаях не звук для машины а машина для звука :) Такие системы как правило строят профессионалы и знатоки.

В этой статье я расскажу вам о схемотехники усилителей низкой частоты (УНЧ). Конечно речь пойдет не о Hi-Fi супер пупер усилителях. Речь пойдет о УНЧ для связных приемников.

Какие характеристики необходимы для такого УНЧ. А это смотря для какого приемника. Если для приемника прямого преобразования, - то порядка единиц микровольт, а если для супергетеродина - десятки милливольт. Полоса пропускания - 100 Гц - 5 000 Гц (сравните: полоса Hi-Fi УНЧ - 20 гц - 100 000 Гц). Выходная мощность для наушников 250 миллиВатт, для громкоговорителя - 1 Ватт. И еще стоит отметить, что необходим низкий уровень шумов.

На какой элементной базе можно собрать УНЧ связного радиоприемника? 1. На транзисторах; 2. На микросхемах. Конечно, проще на микросхемах, но не каждого они есть. Поэтому начнем с транзисторов. Самая простая схема УНЧ:

В усилителе стало на две детали больше. Благодаря резистору Rэ осуществляется ООС по постоянному току. А конденсатор Сэ, имеющий для переменного тока маленькое сопротивление, устраняет ООС по переменному току. Т.е. получается, что у этого каскады усиление, как у первой схемы, а стабильность - как у второй. То, что надо. Но все-таки у одного каскада усиление маловато. Что делать? Все просто: поставим два каскада друг за другом:

Для предотвращения самовозбуждения, которое может происходить из-за высокого усиления усилителя, между первым и вторым каскадом включен фильтр, состоящий из резистора и электролитического конденсатора. При этом получается, что первый каскад питается как бы от отдельного источника.

Ну а теперь от теории - к практической схеме:

Два каскада усиления напряжения охвачены ООС по постоянному току через резистор R1. Конденсатор С2 устраняет ООС по переменному току. Конденсатор С6 снижает усиление на высоких частотах (выше 5 кГц) и высокочастотные шумы. Каскад на транзисторе Т3 является эмиттерным повторителем. Он имеет высокое входное и малое выходное сопротивления. К выходу этого каскада можно подключить наушники с сопротивлением 32 Ом. Теперь о деталях. Транзистор Т1 должен быть с высоким коэффициентом передачи тока (hэ>100) и низким уровнем шума. Из кремниевых транзисторов подойдут КТ2102 с буквами Д и Е, а вкачестве Т2 и Т3 -КТ315 Когда я собирал подобные усилитель, то в качестве Т1 брал П28 или ГТ310, а в качестве Т2 и Т3 - МП42. Так как это транзисторы структуры p-n-p, то нужно поменять полярность электролитических конденсаторов и источника питания. Напряжение питания 9 - 12В. При наладке нужно подобрать резистор R1, чтобы эмиттере Т3 было напряжение 3,5-4В. Можно вместо R1 включить переменный резистор с сопротивлением 180 кОм, а после наладки заменить его постоянным.

С микросхемами все проще. Деталей меньше, мощность больше, наладки не требуют.

TDA7050 стереоусилитель для наушников. Выходная мощность - 75 мВт на канал, напряжение питания - 2-5В, входное сопротивление - 2 МОм, потребляемый ток - 4 мА, напряжение шумов на выходе - 100 мкВ. Тип корпуса - DIP8

В данной статье будет рассказано о применении такого устройства, его параметрах, способах построения с помощью различных электронных компонентов. Также будет рассмотрена схемотехника усилителей низкой частоты.

Применение УНЧ

Чаще всего УНЧ используется в аппаратуре для воспроизведения звука, потому что в данной области техники часто необходимо усиливать частоту сигнала до той, которую может воспринимать человеческий организм (от 20 Гц до 20 кГц).

Другие области применения УНЧ:

измерительная техника;
дефектоскопия;
аналоговая вычислительная техника.

В целом усилители низких частот встречаются в качестве составных компонентов различных электронных схем, например, радиоприемников, акустических устройств, телевизоров или радиопередатчиков.

Параметры

Важнейший параметр для усилителя – коэффициент усиления. Он рассчитывается, как отношение выходного сигнала к входному. В зависимости от рассматриваемой величины, различают:

коэффициент усиления по току = выходной ток / входной ток;
коэффициент усиления по напряжению = выходное напряжение / входное напряжение;
коэффициент усиления по мощности = выходная мощность / входная мощность.

коэффициент усиления по мощности в логарифмических единицах = 10 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по мощности;
коэффициент усиления по току в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по току;
коэффициент усиления по напряжению в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по напряжению.

Рассчитанные подобным образом коэффициенты измеряются в децибелах. Сокращенное наименование – дБ.

Следующий важный параметр усилителя – коэффициент искажения сигнала. Важно понимать, что усиление сигнала происходит в результате его преобразований и изменений. Не факт, что всегда эти преобразования будут происходить корректно. По этой причине выходной сигнал может отличаться от входного, например, по форме.

Идеальных усилителей не существует, поэтому искажения всегда имеют место. Правда, в одних случаях они не выходят за допустимые границы, а в других – выходят. Если гармоники сигналов на выходе усилителя совпадают с гармониками входных сигналов, то искажения линейные и сводятся лишь к изменению амплитуды и фазы. Если же на выходе появляются новые гармоники, то искажения нелинейные, потому что приводят к изменению формы сигнала.

Проще говоря, если искажения линейные и на входе усилителя был сигнал «а», то на выходе будет сигнал «А», а если нелинейные, то на выходе будет сигнал «Б».

Заключительный важный параметр, характеризующий работу усилителя, это выходная мощность. Разновидности мощности:

Номинальная.
Паспортная шумовая.
Максимальная кратковременная.
Максимальная долговременная.

Все четыре типа нормируются различными ГОСТами и стандартами.

Усилители на лампах

Исторически первые усилители создавались на электронных лампах, которые относятся к классу электровакуумных приборов.

В зависимости от расположенных внутри герметичной колбы лампы электродов различают:

диоды;
триоды;
тетроды;
пентоды.

Максимальное количество электродов – восемь. Существуют также такие электровакуумные приборы, как клистроны.

Усилитель на триоде

Для начала стоит разобраться со схемой включения. Описание схемы усилителя низкой частоты на триоде приведено далее.

На нить накала, которая нагревает катод, подается напряжение. Также напряжение подается на анод. С катода под действием температуры выбиваются электроны, которые устремляются к аноду, на который подан положительный потенциал (у электронов потенциал отрицательный).

Часть электронов перехватывается третьим электродом – сеткой, к которой также подведено напряжение, только переменное. С помощью сетки регулируется анодный ток (ток в схеме в целом). Если на сетку подать большой отрицательный потенциал, все электроны с катода осядут на ней, а через лампу не будет протекать ток, потому что ток – направленное движение электронов, а сетка это движение перекрывает.

Коэффициент усиления лампы регулирует резистор, который подключен между источником питания и анодом. Он задает нужное положение рабочей точки на вольт-амперной характеристике, от которого и зависят параметры усиления.

Почему положение рабочей точки так важно? Потому что от него зависит, насколько будет усилен ток и напряжение (следовательно, и мощность) в схеме усилителя низкой частоты.

Выходной сигнал на триодном усилителе снимается с участка между анодом и резистором, включенным перед ним.

Усилитель на клистроне

Принцип работы усилителя низкой частоты на клистроне основан на модуляции сигнала сначала по скорости, а затем по плотности.

Клистрон устроен следующим образом: в колбе есть катод, нагреваемый нитью накала, и коллектор (аналог анода). Между ними расположены входной и выходной резонаторы. Электроны, испускаемые с катода, ускоряются напряжением, подведенным к катоду, и устремляются к коллектору.

Одни электроны будут двигаться быстрее, другие медленнее – так выглядит модуляция по скорости. Из-за разницы в скорости движения электроны группируются в пучки – так проявляется модуляция по плотности. Модулированный по плотности сигнал попадает на выходной резонатор, где создает сигнал той же частоты, но большей мощности, чем и у входного резонатора.

Получается, что кинетическая энергия электронов преобразуется в энергию СВЧ-колебаний электромагнитного поля выходного резонатора. Так происходит усиление сигнала в клистроне.

Особенности электровакуумных усилителей

Если сравнить качество одного и того же сигнала, усиленного ламповым устройством и УНЧ на транзисторах, то разница будет видна невооруженным глазом не в пользу последнего.

Любой профессиональный музыкант скажет, что ламповые усилители куда лучше своих продвинутых аналогов.

Электровакуумные приборы давно вышли из массового потребления, им на смену пришли транзисторы и микросхемы, но это неактуально для области воспроизведения звука. За счет температурной стабильности и вакуума внутри ламповые приборы лучше усиливают сигнал.

Единственный недостаток лампового УНЧ – высокая цена, что логично: дорого выпускать элементы, которые не пользуются массовым спросом.

Усилитель на биполярном транзисторе

Часто усилительные каскады собираются с использованием транзисторов. Простой усилитель низкой частоты можно собрать всего из трех основных элементов: конденсатора, резистора и n-p-n транзистора.

Для сборки такого усилителя понадобится заземлить эмиттер транзистора, подсоединить к его базе последовательно конденсатор, а параллельно – резистор. Нагрузку следует располагать перед коллектором. К коллектору в данной схеме целесообразно подключить ограничительный резистор.

Допустимое напряжение питания такой схемы усилителя низкой частоты варьируется от 3 до 12 вольт. Номинал резистора следует выбирать экспериментально с учетом того, что его величина должна быть минимум в 100 раз больше сопротивления нагрузки. Номинал конденсатора может варьироваться от 1 до 100 мкФ. Его емкость влияет на величину частоты, с которой может работать усилитель. Чем больше емкость, тем ниже номинал частоты, которую может усиливать транзистор.

Чтобы улучшить качество такого сигнала, можно подключить к эмиттеру параллельно соединенные конденсатор и резистор, играющие роль отрицательной обратной связи.

Усилитель на двух биполярных транзисторах

Чтобы повысить коэффициент усиления, можно соединить два одиночных УНЧ на транзисторах в один. Тогда коэффициенты усиления этих устройств можно будет умножить.

Хотя если продолжать наращивать число усилительных каскадов, то будет увеличиваться шанс самовозбуждения усилителей.

Усилитель на полевом транзисторе

Усилители низких частот собирают и на полевых транзисторах (далее ПТ). Схемы таких устройств ненамного отличаются от тех, что собираются на биполярных транзисторах.

В качестве примера будет рассмотрен усилитель на полевом транзисторе с изолированным затвором с n-каналом (МДП типа).

К подложке данного транзистора последовательно подключается конденсатор, параллельно – делитель напряжения. К истоку ПТ подключается резистор (можно также использовать параллельное соединение конденсатора и резистора, как описано выше). К стоку подключается ограничительный резистор и питание, а между резистором и стоком создается вывод на нагрузку.

Как видно из пояснения, схема простейшего усилителя на полевом транзисторе ничем не отличается от схемы усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе.

Правда, при работе с ПТ стоит учитывать следующие особенности данных элементов:

У ПТ высокое R_{входное} = I / U_{затвор-исток}. Полевые транзисторы управляются электрическим полем, которое образуется за счет напряжения. Следовательно, ПТ управляются напряжением, а не током.
ПТ почти не потребляют ток, что влечет за собой слабое искажение исходного сигнала.
В полевых транзисторах нет инжекции зарядов, поэтому уровень шумов данных элементов очень низкий.
Они устойчивы к изменению температуры.

Главный недостаток полевых транзисторов – высокая чувствительность к статическому электричеству.

Многим знакома ситуация, когда, казалось бы, нетокопроводящие вещи бьют человека током. Это и есть проявление статического электричества. Если такой импульс подать на один из контактов полевого транзистора, можно вывести элемент из строя.

Таким образом, при работе с ПТ лучше не браться руками за контакты, чтобы случайно не повредить элемент.

Устройство на операционном усилителе

Операционный усилитель (далее ОУ) – устройство с дифференцированными входами, обладающее очень высоким коэффициентом усиления.

Усиление сигнала – не единственная функция данного элемента. Он может работать и в качестве генератора сигналов. Тем не менее для работы с низкими частотами интересны именно его усилительные свойства.

Чтобы из ОУ сделать усилитель сигналов, необходимо грамотно подключить к нему цепь обратной связи, которая представляет из себя обычный резистор. Как понять, куда подключать данную цепь? Для этого нужно обратиться к передаточной характеристике ОУ. Она имеет два горизонтальных и один линейный участок. Если рабочая точка устройства расположена на одном из горизонтальных участков, то ОУ работает в режиме генератора (импульсный режим), если она находится на линейном участке, то ОУ усиливает сигнал.

Чтобы перевести ОУ в линейный режим, нужно подключить резистор обратной связи одним контактом к выходу устройства, а другим – к инвертирующему входу. Такое включение называется отрицательной обратной связью (ООС).

Если требуется, чтобы сигнал низкой частоты усиливался и не менялся по фазе, то инвертирующий вход с ООС следует заземлить, а на неинвертирующий вход подать усиливаемый сигнал. Если же необходимо усилить сигнал и изменить его фазу на 180 градусов, то неинвертирующий вход нужно заземлить, а на инвертирующий подать входной сигнал.

При этом нельзя забывать, что на операционный усилитель необходимо подавать питание противоположных полярностей. Для этого у него есть специальные контактные выводы.

Важно заметить, что работе с такими устройствами иногда бывает сложно подобрать элементы для схемы усилителя низкой частоты. Требуется их тщательное согласование не только по номинальным значениям, но и по материалам, из которых они изготовлены, для достижения нужных параметров усиления.

Усилитель на микросхеме

УНЧ можно собирать и на электровакуумных элементах, и на транзисторах, и на операционных усилителях, только электронные лампы – это прошлый век, а остальные схемы не лишены недостатков, исправление которых неминуемо влечет усложнение конструкции усилителя. Это неудобно.

Инженеры давно нашли более удобный вариант создания УНЧ: промышленностью выпускаются готовые микросхемы, выполняющие роль усилителей.

Каждая из таких схем – набор ОУ, транзисторов и других элементов, соединенных определенным образом.

Примеры некоторых серий УНЧ в виде интегральных микросхем:

TDA7057Q.
К174УН7.
TDA1518BQ.
TDA2050.

Все приведенные выше серии применяются в аудиоаппаратуре. Каждая из моделей имеет разные характеристики: напряжение питания, выходную мощность, коэффициенты усиления.

Они изготавливаются в виде небольших элементов с множеством выводов, которые удобно располагать на плате и монтировать.

Для работы с усилителем низкой частоты на микросхеме полезно знать азы алгебры логики, а также принципы работы логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ.

На логических элементах можно собрать практически любые электронные устройства, но в этом случае многие схемы будут получаться громоздкими и неудобными для монтажа.

Поэтому применение готовых интегральных микросхем, выполняющих функцию УНЧ, представляется наиболее удобным практическим вариантом.

Улучшение схем

Выше был приведен пример того, как можно улучшить усиливаемый сигнал при работе с биполярными и полевыми транзисторами (подключением параллельного соединения конденсатора и резистора).

Подобные конструкционные модернизации можно производить практически с любыми схемами. Конечно, внедрение новых элементов увеличивает падение напряжения (потери), но благодаря этому можно улучшить свойства различных схем. Например, конденсаторы являются отличными фильтрами частот.

На резистивных, емкостных или индуктивных элементах рекомендуется собирать простейшие фильтры, отсеивающие частоты, которые не должны попадать в схему. Комбинируя резистивные и емкостные элементы с операционными усилителями, можно собирать более эффективные фильтры (интеграторы, дифференциаторы по схеме Саллена-Ки, режекторные и полосовые фильтры).

В заключение

Важнейшими параметрами усилителей частот являются:

коэффициент усиления;
коэффициент искажения сигнала;
выходная мощность.

Усилители низких частот чаще всего используются в звуковой аппаратуре. Собирать данные устройства можно практически на следующих элементах:

на электровакуумных лампах;
на транзисторах;
на операционных усилителях;
на готовых микросхемах.

Характеристики усилителей низкой частоты можно улучшать за счет введения резистивных, емкостных или индуктивных элементов.

Каждая из схем, приведенных выше, обладает своими достоинствами и недостатками: какие-то усилители дорого собирать, какие-то могут уйти в насыщение, для некоторых сложно согласовать используемые элементы. Всегда есть особенности, с которыми человеку, занимающемуся конструированием усилителей, приходится считаться.

Пользуясь всеми рекомендациями, что даны в этой статье, можно собрать собственный усилитель для домашнего использования вместо того, чтобы покупать это устройство, которое может стоить больших денег, если речь идет о приборах высокого качества.

Усилитель звуковых частот (УЗЧ), усилитель низких частот (УНЧ), усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) — прибор (электронный усилитель) для усиления электрических колебаний, соответствующих слышимому человеком звуковому диапазону частот (обычно от 16 до 20 000 Гц). Может быть выполнен в виде самостоятельного устройства, или использоваться в составе более сложных устройств — телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. д.

Содержание

Схемотехника и применение

Усилитель звуковых частот обычно состоит из предварительного усилителя и усилителя мощности (УМ). Предварительный усилитель предназначен для повышения напряжения и доведения его до величины, нужной для работы оконечного усилителя мощности, зачастую включает в себя регуляторы громкости, тембра или эквалайзер, иногда может быть конструктивно выполнен как отдельное устройство. Усилитель мощности должен отдавать в цепь нагрузки (потребителя) заданную мощность электрических колебаний. Его нагрузкой могут являться излучатели звука: акустические системы (колонки), наушники (головные телефоны); радиотрансляционная сеть или модулятор радиопередатчика. Усилитель низких частот является неотъемлемой частью всей звуковоспроизводящей, звукозаписывающей и радиотранслирующей аппаратуры.

Классификация

По типу обработки входного сигнала и схеме построения выходного каскада усилителя:

класс «A» — аналоговая обработка сигнала, линейный режим работы усилительного элемента
класс «AB» — аналоговая обработка сигнала, режим работы с большим углом отсечки (>90°)
класс «B» — аналоговая обработка сигнала, режим работы с углом отсечки равным 90°
класс «C» — аналоговая обработка сигнала, режим работы с малым углом отсечки (<90°)
класс «D» — цифровая обработка сигнала, применяется широтно-импульсная модуляция, усилительный элемент работает в ключевом режиме
класс «T» — цифровая обработка сигнала, применяется широтно-импульсная модуляция с изменением частоты и скважностиимпульсов

По типу применения в конструкции усилителя активных элементов:

ламповые — на электронных, электровакуумных лампах. Составляли основу всего парка УНЧ до 70-х годов. В 60-х годах выпускались ламповые усилители очень большой мощности (до десятков киловатт). Обладали значительными габаритами и весом, низким к.п.д. и высоким тепловыделением. В настоящее время ламповые усилители небольшой мощности (единицы ватт) применяются лишь в составе трактов высокой верности воспроизведения.
транзисторные — на биполярных или полевых транзисторах. Такая конструкция оконечного каскада усилителя является достаточно популярной, благодаря своей простоте и возможности достижения большой выходной мощности, хотя в последнее время активно вытесняется интегральными даже в мощных усилителях.
интегральные — на интегральных микросхемах (ИМС). Существуют микросхемы, содержащие на одном кристалле как предварительные усилители, так и оконечные усилители мощности, построенные по различным схемам и работающие в различных классах. Из преимуществ - минимальное количество элементов и, соответственно, малые габариты.
гибридные — часть каскадов собрана на полупроводниковых элементах, а часть на электронных лампах. Иногда гибридными также называют усилители, которые частично собраны на интегральных микросхемах, а частично на транзисторах или электронных лампах.

По виду согласования выходного каскада усилителя с нагрузкой:

трансформаторные — в основном такая схема согласования применяется в ламповых усилителях. Обусловлено это необходимостью согласования большого выходного сопротивления лампы с малым сопротивлением нагрузки. Транзисторные усилители высокого класса также имеют трансформаторное согласование с нагрузкой.
бестрансформаторные — наиболее распространенная схема согласования для транзисторных и интегральных усилителей, т.к. транзисторный каскад имеет малое выходное сопротивление, хорошо согласующееся с низкоомной нагрузкой.

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Усилитель низкой частоты" в других словарях:

усилитель низкой частоты — žemadažnis stiprintuvas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. low frequency amplifier vok. Niederfrequenzverstärker, m rus. усилитель низкой частоты, m pranc. amplificateur à basse fréquence, m … Automatikos terminų žodynas

усилитель звуковой частоты — Ндп. усилитель низкой частоты Электронный усилитель сигналов звуковой частоты. [ГОСТ 24375 80] Недопустимые, нерекомендуемые усилитель низкой частоты Тематики радиосвязь Обобщающие термины радиопередатчики … Справочник технического переводчика

усилитель — 3.1.1 усилитель: Усилитель сигналов звуковой частоты в блочном разъемном конструктивном исполнении или входящий в состав однокорпусной аппаратуры. Источник: ГОСТ Р 51771 2001: Аппаратур … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Читайте также: