Анализ особенностей усилителей мощности

Анализ особенностей усилителей мощности


Сегодня усилители звуковой частоты используются как в бытовой, так и в аппаратуре специального назначения. Из-за широкого применения они занимают важное место в промышленности.

Усилители предназначены для работы, например, в составе домашнего комплекса совместно с акустическими системами мощностью не менее 50 Вт. Кроме этого, используя преобразователи напряжения, усилитель может быть использован для создания специализированных усилителей. При этом мощность преобразователя для одного канала должна быть не менее расчетной мощности усилителя, которая зависит от напряжения питания.

Усилители бывают трех основных видов: одноканальные (монофонические); двухканальные (стереофонические); четырехканальные (квадрофонические).

При обработке сигналов информации в большинстве случаев необходимо их предварительное усиление. Для этих целей и используют усилители, назначение которых — усиление в определенное число раз соответственно напряжения, тока и мощности сигнала. Такая классификация усилителей условна, так как все они в конечном счете усиливают мощность сигнала.

Современная классификация режимов работы усилителей достаточно запутана. Традиционно классы усилителей различались по положению рабочей точки на статических характеристиках усилительного прибора. Позднее была доабвлена  классификация усилителей по режиму работы: ключевой и токовый режимы работы. Наиболее распространенная классификация усилителей приведена на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Классификация усилителей.

Режим работы усилителя определяется положением рабочей точки на характеристике прямой передачи по току усилительного прибора, такого как биполярный или полевой транзистор, электронная лампа. Достаточно часто режим работы усилителя называется классом работы. Выбор рабочей точки может значительно влиять на основные характеристики усилителя, такие как коэффициент усиления, нелинейные искажения и к.п.д.

При определении класса усилителя пользуются идеализированной статической характеристикой усилительного прибора. При этом реальная проходная характеристика заменяется кусочно-линейной аппроксимацией, как это показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Идеализированная статическая характеристика усилительного прибора

 

В зависимости от положения рабочей точки на характеристике прямой передачи усилительного прибора и формирования тока коллектора (анода, стока) различают следующие виды аналоговых (токовых) режимов:

  1. усилитель класса A — рабочая точка выбирается в середине линейного участка статической характеристики
  2. усилитель класса B — рабочая точка выбирается в начале линейного участка статической характеристики
  3. усилитель класса C — рабочая точка выбирается ниже начала линейного участка статической характеристики (усиление только ЧМ сигналов)

Работа усилителя в ключевом режиме значительно отличается при усилении низкочастотного сигнала и высокочастотного узкополосного сигнала. В зависимости от частоты усиливаемого сигнала различают следующие виды ключевых режимов:

  1. класс D — транзистор работает в ключевом режиме
    • звуковые усилители класса D — для сохранения формы звукового сигнала используется ШИМ или ΣΔ-модуляция
    • высокочастотные усилители мощности класса D — дополнительная модуляция не требуется, она уже присутствует в усиливаемом сигнале. При этом амплитуда неизменна, информация содержится в частоте и фазе сигнала

Рисунок 3. Усилитель мощности D класса

  1. усилитель класса E — это узкополосный усилитель, в котором при помощи согласующих цепей добиваются, чтобы ток через усилительный прибор протекал при нулевом напряжении. Переключение осуществляет высокочастотная несущая. Применим только для угловых видов модуляции.
  2. усилитель класса F — это узкополосный усилитель в котором рабочая точка выбирается в начале линейного участка, как для класса B, а в качестве нагрузки используется многоконтурный фильтр, формирующий прямоугольное напряжение на коллекторе.

Рисунок 3. Усилитель мощности F класса

  1. При работе с высокочастотными узкополосными сигналами можно реализовать более высокий к.п.д. по сравнению с классическим режимом работы усилителя класса B. Это достигается подчеркиванием высокочастотных гармоник на коллекторе или стоке транзистора. Этот метод хорошо описан в отечественной литературе, однако в зарубежной литературе он получил название класс F.
  2. Следует отметить, что усилители классов C, E, F предназначены для усиления узкополосных высокочастотных сигналов с высоким к.п.д. Усилители классов A, B, D используются для усиления низкочастотных широкополосных сигналов, таких как звуковые сигналы, телевизионные или цифровые сигналы в BaseBand диапазоне. При этом класс B может быть использован только в двухтактных каскадах. Усилители класса A могут использоваться и для усиления высокочастотных сигналов если более важным параметром усилителя является его линейность и коэффициент шума. Усилители класса B тоже могут использоваться для усиления высокочастотных сигналов.

Учитывая современную архитектуру усилителей мощности они все еще имеют свои недостатки, такие как недостаточный уровень охлаждения, возникновение отказов при низких и высоких температурах. Также усилители являются объемными. Но все эти факторы не могут повлиять на их широчайшем применении как в производственной, так и непроизводственной сфере.

 

 


Истребитель пятого поколения, новатор и просто красавец Истребитель пятого поколения, новатор и просто красавец

- Кто ты без принятия на вооружение

Подробнее
Анализ акустических сабвуферов Анализ акустических сабвуферов

   Сабвуфер – это акустическая система, воспроизводящая звуки низких частот, а также инфразвук (примерно от 5 до 200Гц).

Подробнее
mode_edit
Случайная цитата

В «Истории игрушек» у Сида точно такой же ковер, как в «Сиянии»