Кратка история на усилвателите

Устройство

По режима на работа на активните елементи усилвателите се разделят на следните класове:
Клас А – работа без отсечка на тока
Клас В – ъгълът на отсечка на тока = π /2
Клас АВ – ъгълът на отсечка е в границата π/2... π – от 90 ° до 180 °.
Клас С – ъгълът на отсечка < 90°, и в звуковите усилватели на практика не се използва
Клас D - усилватели с ШИМ (широчинно-импулсна модулация). В такъв усилвател енергията от захранващия източник постъпва в товара през ключов елемент (фиг. 1)

Нискочестотната компонента на звуковия сигнал представлява изходен сигнал на усилвателя клас D

Промяната на параметрите на модулация на ключа води до това, че нискочестотната компонента на импулсния сигнал се променя (фиг. 2).

Неособено отдавна се появиха усилватели от типа А+, G и H – това са линейни усилватели с изменяемо напрежение на токозахранването. При увеличаване амплитудата на входния сигнал се увеличава и захранващото напрежение на крайното стъпало, което позволява осезаемо да се повиши КПД на крайното стъпало. Според устройството линейните усилватели са еднотактови и двутактови (push-pull).

В първите активните елементи (лампи или транзистори) обикновено работят в линеен режим без отсечка на тока – това е клас А.

Еднотактов усилвател

Двутактов усилвател. Работата с отсечка на тока в клас В позволява да се намалят загубите на енергия.

При еднотактовия усилвател част от енергията на захранващия източник се подава на товара.

В мощните двутактови усилватели крайните стъпала обикновено работят с отсечка на тока. По КПД двутактово устройство от клас В превъзхожда по този параметър еднотактово от клас А. Но като цяло КПД на линейните усилватели в режим на реално усилване на звуков сигнал рядко надмианва 50 %. Ниският КПД е не само повишено енергопотребление (макар че и този параметър е важен), а и повишена необходимост от топлоотделяне. Даже при отворен капак да се разсеят 10 или 20 kW енергия е трудно, а при работа в зала трудностите се увеличават.

Да се повииши реално КПД позволява преходът от линейно усилване към ключово или импулсно. Принципът на "ключовите" усилватели е следният: активният елемент може да се намира в две състояние – отворен или затворен. Ако е второто, то през него не тече ток и отделената мощност е нулева. Ако ключът е отворен, то падът на напрежение е нула и загуба на мощност отново няма.

Реален сигнал в усилвател в ключов режим

В реална ситуация транзисторът провежда ток и в затворено състояние, напрежението на отворен транзистор не е нулево, и превключването протича не мигновено, но КПД се получава висок, достигайки до 95 %. Повишаването му от 50 до 90 % намалява топлоотделянето пет пъти, а до 95 % - около десет.

Принципът на действие на усилвателя в ключов режим не е сложен, но реализирането му е свързано с трудности. Намаляването на загубите е за сметка на съкращаването на преходния процес. Точно в този момент активният елемент потребява електроенергия и отделя топлина. Повишаването на бързодействието е ограничено не само от възможностите на активните елементи (транзисторите). Влиняие оказват дори монтажният капацитет и индуктивността на проводниците, а и се увеличават смущенията, което води до работа за тяхното потискане.

Важна роля в енергетиката на импулсните усилватели играят токовете, протичащи през последователно включените елементи, от които един още не се е затворил, а друг още не отворил се напълно. Схемотехническите и технологични открития на изобретателите, които позволяват намаляване на тези токова върху крайния резултат, се "охраняват" с всички възможни средства – те са "запечатани" в интегрална схема, която е по-лесно да се купи готова, отколкото да се изработи със собствени ръце.

Един от най-големите недостатъци на усилвателите с ключов режим е високото равнище на електромагнитни смущения. Първите ключови усилватели с успех биха могли да се използват като устройства за заглушаване на радио- и телевизионни сигнали. Съвременните модели на водещи производители практически не създават смущения, но това не може да се каже за любителските изработки, чиито автори нямат подръка измервателно оборудване за контрол на излъчваните сигнали.

Още по темата

19/11/2015

Медицина

За пръв път са изградени човешки гласни струни по изкуствен път

24/10/2015

Технологии

Електронната длан и ламповото ухо

01/09/2015

Технологии

Микрочипът - схемата, която промени света

22/07/2015

Човекът

Музиката ни прави по-умни