Усилитель мощности
Материал из МагВики::Справочник по автозвуку и электронике
Усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ), рус. жарг. усь, англ. amplifier, англ. жарг. amp — 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 — головных устройств (ГУ), телевизоров, музыкальных центров, радиоприёмников, радиопередатчиков, радиотрансляционной сети и т. д.
- Оконечные усилители (жарг. концы, конец) - усилители, лишённые любых фильтров, служащие исключительно для усиления поданного сигнала. Это устройства, позволяющие повышать мощность полученных с звуковоспроизводящей аппаратуры сигналов, без искажений. Физический смысл работы усилителей мощности, заключается в увеличении интенсивности электрических колебаний, без изменения их формы, то есть с сохранением того же частотного спектра и фазовых отношений. Усилители сегодня бывают ламповые, транзисторные и гибридные. Ламповые появились очень давно и стали широко использоваться еще в середине прошлого века, сейчас они встречаются все реже.
Схемотехника и применение
Усилитель звуковых частот обычно состоит из предварительного усилителя и усилителя мощности (УМ). Предварительный усилитель предназначен для повышения мощности и напряжения и доведения их до величин, нужных 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 источники 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 автомобильных усилителей
Усилитель условно можно разделить на четыре основные части. Блок питания усилителя, блок обработки входного сигнала, драйвер и блок формирования выходного сигнала.
Блок питания - это группа электрических цепей, формирующих и регулирующих напряжение для питания различных частей усилителя. Блок обработки входного сигнала сравнивает сигнал, получаемый от предусилителя магнитолы с выходным сигналом усилителя для его корректировки, чтобы удалить искажения, возникающие при усилении. Кроме того, этот блок усиливает входной сигнал до уровня, необходимого для последующего его усиления в других частях усилителя. Драйвер разделяет сигнал на два разнополярных сигнала (фазовое разделение) и усиливает его для последующей передачи в блок обработки выходного сигнала. И наконец, последняя стадия усиления - блок обработки выходного сигнала (его правильнее называть выходным каскадом или оконечником), который в основном и определяет класс усилителя. Усилители разделяются по классам в зависимости от своей эффективности (К.П.Д.) и уровня искажения выходного сигнала.
Класс А. Усилители этого класса обладают низкой эффективностью, но дают очень "чистый" сигнал. Большинство усилителей класса А имеют К.П.Д. равным 20-30%, то есть при потреблении 100 Вт от аккумулятора автомобиля он выдает сигнал на динамики мощностью всего в 20-30 Вт. Остальная мощность теряется в электрической цепи усилителя, превращаясь в тепло. Качественные усилители А класса редко применяются в автомобильных аудиосистемах, так как они обладают малой мощностью при очень высоких ценах. Ламповые усилители класса А можно встретить лишь в очень дорогих аудиосистемах уровня Hi-End.
Класс В. Эффективность усилителя этого класса почти в два раза выше эффективности усилителя класса А. Однако, искажения в выходном сигнале очень высоки, что делает этот класс усилителей неприемлемым для car audio.
Класс С. Усилители этого класса имеют К.П.Д. равным почти 75%, что делает их очень эффективными, но с увеличением К.П.Д. резко увеличиваются искажения. Эти усилители не подходят для усиления звука в Hi-Fi аудиосистемах.
Класс АВ. Большинство Hi-Fi усилителей принадлежат именно этому промежуточному классу. Они вобрали в себя возможности усилителей класса А - относительно "чистый сигнал" при относительно неплохой эффективности (немного ниже чем в классе В).
Класс D. Это самый современный класс усилителей, применяющие цифровую обработку сигнала. Усилители D класса очень компактные, что в будущем даст им преимущество на рынке автомобильных аудиосистем. В настоящее время, цифровые автомобильные усилители встречаются гораздо реже, чем популярные аналоговые усилители АВ класса.
Основные характеристики усилителей
Частотный диапазон
Число каналов
Монофонические усилители (моноблоки)
Многоканальные усилители
Мостовой режим
Низкоуровневый и высокоуровневый входные сигналы
Сопротивление нагрузки и выходная мощность
Коэффициент демпфирования (Damping factor)
Коэффициент гармонических искажений (THD)
Отношение сигнал/шум (SNR)
ФНЧ и ФВЧ (HP & LP)
Наличие фильтров ВЧ (высокочастотных) и НЧ (низкочастотных) является очень полезной функцией, имеющейся в части усилителей.
При включении фильтра ВЧ и настройке его на определенную частоту на выходе получаем сигнал, который как бы «обрезан» ниже заданной частоты.
При использовании НЧ фильтра получаем обратную картину, т.е. выходной сигнал как бы «обрезан» выше заданной частоты.
Фильтрами пользуются для выполнения следующих действий: стыковка по частоте сабвуфера с остальными акустическими системами, «обрезка» акустических систем по низкой частоте (редкая акустическая система может отыгрывать без искажений частоты ниже 60-70 Гц), стыковка по частоте компонентов акустической системы при поканальном усилении (на каждый компонент акустической системы подается сигнал от отдельного канала усилителя). При необходимости пользования при построении системы встроенными фильтрами усилителя, очень важно заранее оценить имеющиеся возможности этих встроенных фильтров (диапазон регулировки, крутизна фильтра, возможность одновременного использования, возможность полосового включения – когда с помощью фильтра «вырезается» какой-то определенный частотный диапазон, ограниченный одновременно сверху и снизу). В некоторых усилителях встречается особая разновидность фильтра ВЧ, которая называется subsonic. Он служит для «обрезки» инфранизких частот, которые не могут воспроизводиться системой (даже имеющей сабвуфер) без искажений. Subsonic может быть регулируемым или нет. Обычно, subsonic используется для «обрезки» частот с ~25Гц и ниже.
Установка усилителя
Подача электропитания и безопасность
Охлаждение
Закрепление и защита от влаги
Использование нескольких усилителей
Варианты поканального подключения
Настройка усилителя
Регулировка выходной мощности
Для того, чтобы правильно настроить усилитель необходимо произвести следующие действия:
1. Скрутить на усилителе регулятор усиления (gain) на минимум (минимальное усиление)
2. Поднять громкость на головном устойстве до максимального уровня, на котором еще не начались искажения.
3. На усилителе медленно поднять регулятор усиления до уровня предшевствующего искажениям (максимально "чистое" усиление).
4. Убавить громкость на головном устройстве до желаемого.
В результате этих действий мы получим максимальный уровень звукового давления (SPL), который может выдать звуковая система.
