Усилители мощности: определение, схемы, мощные выходные усилители

Что такое усилитель и какие виды усилителей существуют?

Усилитель – это прибор, который осуществляет увеличение энергии. Это возможно благодаря использованию энергии вспомогательного источника. Входной сигнал – это шаблон для усилителя. В соответствии с входным сигналом осуществляется регулировка энергии.
Электронные – это усилители электрических сигналов, которые имеют функцию регулировки с помощью элементов на полупроводниковых или электоровакуумных приборов.

Надо сказать, что классифицировать усилители можно по некоторым и довольно большим количествам признаков.

Виды усилителей различают по способу работы и выполнению предназначенных функций. Также можно провести классификацию по качеству самой работы и конкретного вида заложенных производителями функций.

Классификация усилителей по виду сигналов:

• усилитель гармонических сигналов;
• усилитель импульсных сигналов.

Классификация усилителей по функции усиления постоянных и переменных сигналов:

• усилитель постоянного тока;
• усилитель переменного тока.

Классификация усилителей по диапазону частот это:

• усилители низкочастотные;
• усилители высокочастотные.

Классификация усилителей по виду амплитудно-частотной характеристике в работе (полоса частот рабочего сигнала) это:

• широкополосные усилители;
• узкополосные усилители.

Классификация усилителей по электрическому показателю (то есть предназначение усилителя как такового) это:

• усилители резонансные или избирательные;
• усилители апериодические.

Классификация усилителей по электрическому показателю это:

• усилители напряжения;
• усилители тока;
• усилители мощности.

В чем отличие между классами усилителей

Для полного понимания классификации усилителей рекомендуется подробно изучить каждую категорию, рассмотрев особенности функционирования приборов, а также специфику применения в тех или иных случаях.

Класс А

Усилители категории А считаются распространенными и доступными для использования. Просты по конструкции, характеризуются линейностью, а также средними показателями искажения. Эти особенности помогают добиться нужного качества звучания при организации акустики.

Чаще в конструкции используется один вид транзисторов. Его подсоединяют так, чтобы ток на колонки шел даже тогда, когда основной входной сигнал не идет.

Отнести прибор к группе A можно в том случае, если ток нуля во время холостого хода будет идентичен току нагрузки во время работы.

Усилители категории A функционируют в ультралинейной частотной области, а значит, смещение требует правильной установки. Только так гарантируется работа с достижением необходимого звукового потока.

усилитель А класса

Так как оборудование на выходе отключено, оно проводит ток и вызывает мощностные потери. Выделяется тепло, а КПД снижается до 40%. Так что аппараты представляются непрактичными при организации высокомощных установок.

Чтобы оборудование могло правильно работать, блоку питания придаются необходимые габариты, а входной сигнал фильтруется перед подачей на усилитель. Иначе повышается вероятность появления постороннего гула во время работы.

Класс В

Для повышения КПД и уменьшения нагрева конструкции было решено разработать усилители группы B. Приборы оснащаются двумя дополнительными транзисторами, каждый из которых усиливает только половину сигнала. Специфика конструкции обуславливает осуществление 50% цикла в положительном или отрицательном периоде.

Тока смещения тут не будет, потому что ток покоя прибора нулевой. Это привело к тому, что мощность аппаратуры невысока. КПД же выше, чем у аппаратов категории А.

Оборудование вдвое эффективнее приборов группы А. Но есть и минус, который представлен искажениями во время работы.

Искажения обусловлены наличием некоторого коридора в транзисторах. Часть сигнала в этом коридоре будет видоизменяться, что вносит корректировки в выходной сигнал.

Класс АВ

Объединив свойства приборов категорий А и B инженерам удалось получить функциональный аппарат, объединяющий положительные качества этих приборов. По конструкции больше похожи на усилители группы В. Главное отличие в том, что транзисторы одновременно проводят сигнал в непосредственной близости с точками пересечения осциллограмм. Смещающее напряжение тут составит 5-10% соответствующих показателей тока покоя.

Описанный подход помогает устранить проблемы больших искажений сигнала, характерных для устройств категории В.

Оборудование AB представляется компромиссом между минимальными искажениями и КПД. Эффективность преобразования составляет 50%.

Класс С

Установки класса C характеризуются эффективностью, но при этом нелинейны. Входной ток равен нулю и сохраняется на данной отметке половину времени цикла обработки сигнала. Транзистор в этот момент переключен в ожидание.

Подобный подход гарантирует КПД около 80%, однако во время использования прибора в сигнал вносятся изменения. Из-за этого усилители редко используют в акустике. Гораздо чаще встречаются в различных генераторах, радиоприборах, а также других преобразователях сигнала.

Класс D

Усилители класса D принято относить к группе нелинейных импульсных приборов, которые также называются ШИМ-усилителями.

Интегральные схемы отличаются мощным рассеиванием даже при идеальной реализации. Подход дает некоторые преимущества приборам за счет малого теплового выделения, легкости и компактных размеров. Приборы обходятся дешевле, а время самостоятельной работы больше.

Для правильного функционирования приборов потребуется высоковольтная плата в 10000 ватт.

Другие классы

Отдельно принято рассматривать другие классы работы усилителей, применяемые для решения специфических задач:

• Класс F. Прогрессивные модели, КПД которых достигает 90%.
• Класс G. Усовершенствованная высоколинейная вариация прибора AB. Автоматически переключаются по линиям питания, оценивая необходимые параметры входного сигнала. Такой подход сокращает энергопотребление, а также уменьшает потери энергии на нагрев.
• Класс I. Расположение в двухтактной конфигурации непосредственно перед включением помогает быстро переключать механизм даже при отсутствии нужного напряжения на входном разъеме.
• Класс S. Усилители нелинейного типа, по принципу работы больше напоминающие аппараты класса D. С помощью оборудования преобразовывается входной аналоговый сигнал в цифровой с нужным усилением. Повышается мощность на выходе, а КПД достигает 100%.
• Класс T. Цифровые усилители, включающие специальные микросхемы для обработки и повышения частот входящих сигналов. Специально предусмотренные многоканальные компоненты 3D звучания гарантируют эффективность оборудования при создании полноценного домашнего кинотеатра или центра для прослушивания музыки.

Для чего нужен усилитель

На вопрос, для чего нужен усилитель, большинство потребителей дает ответ: для того, чтобы музыка звучала громче, на то он и усилитель. Ответ этот неверен. Потому что усилитель нужен не просто для увеличения громкости звука, а для качественного звука.

Дать качественное звучание всего звукового диапазона, воспринимаемого человеческим ухом – вот ответ на вопрос для чего нужен усилитель. Качественного восприятия музыки не получишь обычным увеличением громкости. Усиление громкости – это усталость от прослушивания и никакого удовольствия.

Самым главным и мощным врагом качественного звука являются искажения, помехи.

На усилитель идет отнюдь не идеальный сигнал и предназначение этого устройства как раз и состоит в том, чтобы донести до слушателя сигнал качественный.

Надо учитывать, что если давление звука примерно одинаково, то есть имеет одну и ту же громкость, и если звук идет через усилитель, то искажений на динамиках значительно меньше, чем если бы прослушивали музыку непосредственно через магнитолу.

В зависимости от использования усилители мощности нужны для бытового использования и для профессионального использования.

В виде самостоятельных приборов бытовые усилители мощности представлены не очень широким ассортиментом. Компании-производители чаще предлагают на рынок музыкальные центры, домашние кинотеатры и другую технику с встроенным усилителем мощности. Поэтому, часто нет смысла приобретать усилитель мощности, как отдельный прибор.

Но бывают случаи, когда приобретение такого прибора оправдано.

Например, бытовые усилители мощности для домашних систем, которые предназначены для усиления звука. Они нужны для несильного усиления звука и для минимума искажений при этом. Ведь надо понимать, что в условиях домашнего использования сильная громкость ни к чему, нужно хорошее качество без искажений. Бытовые усилители мощности производят с большим запасом мощности для того, чтобы иметь возможность усилить низкие частоты звукового диапазона. Если будет происходить перегрузка, то это поведет за собой существенное искажение воспринимаемого звука и даже выходу из строя акустики. Бытовые усилители рекомендовано использовать на 25-30 процентов от той мощности, какую компания-производитель указывает в техническом паспорте.

Классификация усилителей

Классификация усилителей звука по классам предусматривает разделение на две группы. В первую группу входят устройства A, B, AB и C. Обладают сходными показателями проводимости. Транзистор устанавливается в положении между включением и выключением.

ТОП лучших усилителей по качеству звука

Вторая группа включает в себя устройства с маркировками D, E, F, G, S, H и T. Эти приборы также называются переключающимися. Для работы тут используется принцип импульсной модуляции, а также современные цифровые методики для непрерывного прохода сигнала между положениями выключено и включено. В результате получают нужный выходной сигнал в диапазоне насыщения.

Ниже представлена таблица сравнения характеристик усилителей первой группы, включающей в себя модели A, B, AB и C. Они чаще берутся для рассмотрения, тогда как усилители второй группы представляют собой различные вариации со средними показателями для использования в конкретных условиях.

Трансформаторные усилители напряжения

В трансформаторных усилителях в коллекторную цепь транзистора включается первичная обмотка трансформатора (рис.8). Ввиду малого сопротивления этой обмотки постоянному току (единицы или несколько десятков Ом) в режиме покоя, т. е. при отсутствии переменного входного сигнала, на ней создается небольшое напряжение, и напряжение коллектора практически равно напряжению — GK. Переменное входное напряжение создает переменную составляющую коллекторного тока и магнитный поток в сердечнике трансформатора. Под действием магнитного потока в обмотках трансформатора наводятся переменные ЭДС с частотой сигнала. Со вторичной обмотки переменное напряжение подается к нагрузке усилителя. При использовании повышающего трансформатора в таком усилителе можно получить большее усиление, чем в резисторном. Вследствие малого падения напряжения на первичной обмотке трансформаторный усилитель имеет по сравнению с резисторным большой КПД. Кроме того, применение трансформатора позволяет во многих случаях получить хорошее согласование сопротивления нагрузки с выходным (внутренним) сопротивлением усилителя. Недостатками трансформаторного усилителя являются его большие габариты и вес по сравнению с резисторным усилителем и уменьшение коэффициента усиления на низких частотах (меньших 50 Гц).