Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Усилитель мощности» перенаправляется сюда. Его не следует путать с усилителем мощности RF .
Аудио стереоусилитель мощности производства Unitra
Внутренний вид интегрированного аудиоусилителя Mission Cyrus 1 Hi Fi (1984) [1]

Аудио усилитель мощности (или усилитель мощности ) представляет собой электронный усилитель , который усиливает маломощные электронные звуковые сигналы , такие как сигнал от радиоприемника или электрической гитара пикапа до уровня , который является достаточно высокими для приведения в движении громкоговорители или наушников . Усилители мощности звука встречаются во всех звуковых системах, включая звукоусиление , системы громкой связи и домашние аудиосистемы , а также усилители музыкальных инструментов, такие как гитарные усилители . Это последний электронный этап типичного воспроизведения звука.цепи до того, как сигнал будет отправлен на громкоговорители.

Предыдущие этапы в такой цепочке представляют собой усилители звука малой мощности, которые выполняют такие задачи, как предварительное усиление сигнала (это особенно связано с записью сигналов проигрывателя виниловых пластинок, сигналов микрофона и сигналов электрических инструментов от звукоснимателей, таких как электрогитара и электрический бас). , эквализация (например, регулировка низких и высоких частот), регулировка тембра , микширование различных входных сигналов или добавление электронных эффектов, таких как реверберация . Входами также может быть любое количество аудиоисточников, таких как проигрыватели , проигрыватели компакт-дисков , цифровые аудиоплееры икассетные плееры . Для большинства усилителей мощности звука требуются входы низкого уровня, которые являются линейными .

В то время как входной сигнал усилителя мощности звука, такой как сигнал от электрогитары, может составлять всего несколько сотен микроватт , его выходная мощность может составлять несколько ватт для небольших устройств бытовой электроники, таких как радиочасы , десятки или сотни ватт. для домашней стереосистемы , несколько тысяч ватт для звуковой системы ночного клуба или десятки тысяч ватт для большой системы звукоусиления рок-концерта . В то время как усилители мощности доступны в виде отдельных устройств, обычно ориентированных на рынок аудиофилов Hi-Fi (нишевый рынок) для энтузиастов звука и профессионалов в области систем звукоусиления , большинство бытовой электроникиаудио продукты, такие как радиочасы , ШИЗАУдио и телевизоры имеют относительно небольшие усилители мощности, которые интегрированы в продукт.

История [ править ]

Прототип аудиоусилителя Де Фореста 1914 года.

Аудиоусилитель был изобретен Ли де Форест примерно в 1912 году , что стало возможным благодаря его изобретению первого практического усилительного электрического компонента, триодной вакуумной лампы (или «клапана» на британском английском языке) в 1907 году. Триод представлял собой трехполюсное устройство с трехполюсным контактом. управляющая сетка, которая может модулировать поток электронов от нити к пластине. Триодный вакуумный усилитель был использован для создания первого AM-радио . [2] Ранние усилители мощности звука были основаны на электронных лампах, и некоторые из них обеспечивали особенно высокое качество звука (например, усилитель Williamson 1947-1999 гг.).

Усилители мощности звука на основе транзисторов стали практичными с появлением в конце 1960-х годов недорогих транзисторов. С 1970-х годов большинство современных аудиоусилителей основаны на твердотельных транзисторах, особенно на биполярном переходном транзисторе (BJT) и полевом транзисторе металл-оксид-полупроводник (MOSFET). Усилители на основе транзисторов легче, надежнее и требуют меньшего обслуживания, чем ламповые усилители .

МОП - транзистор , изобретенный Mohamed Atalla и Давон Канг в Bell Labs в 1959 году [3] была адаптирована в силовой MOSFET для аудиоустройств Дзюнъити Нишизава в университете Тохоку в 1974 году [4] Силовые транзисторы вскоре производства Yamaha для их Hi-Fi усилители звука. JVC , Pioneer Corporation , Sony и Toshiba также начали производство усилителей с силовыми полевыми МОП-транзисторами в 1974 году. [4] В 1977 году Hitachi представила усилитель.LDMOS (MOS с боковой диффузией), тип силового MOSFET. Hitachi был единственным производителем LDMOS в период с 1977 по 1983 год, когда LDMOS использовался в усилителях мощности звука таких производителей, как HH Electronics (серия V) и Ashly Audio , а также для музыки и систем громкой связи . [4] Усилители класса D стали успешными в середине 1980-х, когда стали доступны недорогие полевые МОП-транзисторы с быстрой коммутацией. [5] Многие транзисторные усилители используют полевые МОП-транзисторы в своих силовых частях, потому что их кривая искажения больше похожа на ламповую . [6]

В 2010-х все еще есть энтузиасты аудио, музыканты (в частности, электрогитаристы , электрические басисты , игроки на органе Hammond и игроки на электрическом пианино Fender Rhodes ), звукорежиссеры и музыкальные продюсеры, которые предпочитают ламповые усилители и то, что воспринимается более «теплый» ламповый звук .

Параметры дизайна [ править ]

Три встроенных в стойку усилителя мощности звука, используемых в системе звукоусиления .

Ключевыми параметрами конструкции усилителей мощности звука являются частотная характеристика , усиление , шум и искажения . Они взаимозависимы; увеличение усиления часто приводит к нежелательному увеличению шума и искажений. Хотя отрицательная обратная связь фактически снижает усиление, она также снижает искажения. Большинство звуковых усилителей - это линейные усилители, работающие в классе AB .

До 1970-х годов в большинстве усилителей использовались электронные лампы . В течение 1970-х ламповые усилители все чаще заменялись усилителями на основе транзисторов , которые были легче по весу, более надежными и менее требовательными в обслуживании. Тем не менее, ламповые предусилители по-прежнему продаются на нишевых рынках , например, среди домашних энтузиастов Hi-Fi , звукорежиссеров и музыкальных продюсеров (которые используют ламповые предусилители в студийных записях для «разогрева» сигналов микрофона) и электрогитаристов, электрических басистов и органа Hammond. игроки, меньшинство которых продолжают использовать ламповые предусилители, ламповые усилители мощности и ламповые эффекты. В то время как энтузиасты Hi-Fi и звукорежиссеры, занимающиеся живым звуком или мониторингом треков в студии, обычно ищут усилители с наименьшими искажениями, игроки на электрических инструментах в таких жанрах, как блюз , рок-музыка и хэви-метал , среди прочих, используют ламповые усилители, потому что они как естественный овердрайв, который создают ламповые усилители при сильном нажатии.

Усилитель класса D , который является гораздо более эффективным , чем усилители класса AB, в настоящее время широко используются в бытовой электронике аудио продукции, бас - усилители и звук армирующих систем передач, так как усилители класса D намного легче по весу и производят намного меньше тепло.

Фильтры и предусилители [ править ]

Поскольку современные цифровые устройства, включая проигрыватели компакт-дисков и DVD, радиоприемники и магнитофоны, уже обеспечивают «плоский» сигнал на линейном уровне, предусилитель не нужен, кроме как в качестве регулятора громкости и селектора источника. Альтернативой отдельному предусилителю является простое использование пассивных регуляторов громкости и переключения, иногда интегрированных в усилитель мощности для формирования интегрированного усилителя .

Выходные каскады мощности [ править ]

Последним каскадом усиления после предусилителей является выходной каскад, где самые высокие требования предъявляются к транзисторам или лампам. По этой причине выбор конструкции, сделанный вокруг устройства вывода (для несимметричных выходных каскадов, например, в несимметричных триодных усилителях) или устройств (для двухтактных выходных каскадов), таких как класс работы выходных устройств часто воспринимается как описание всего усилителя мощности. Например, усилитель класса B, вероятно, будет иметь только выходные устройства высокой мощности, отключенные на половину каждого цикла, в то время как другие устройства (такие как дифференциальный усилитель, усилитель напряжения и, возможно, даже транзисторы драйвера) работают в классе A. бестрансформаторный выходной каскад, устройства по существу включены последовательно с источником питания и выходной нагрузкой (например, громкоговорителем), возможно, через какой-то большой конденсатор и / или малое сопротивление.

Дальнейшее развитие [ править ]

В течение нескольких лет после появления полупроводниковых усилителей их воспринимаемый звук не соответствовал превосходному качеству звука лучших ламповых усилителей (см. Ламповый усилитель звука ). Это заставило аудиофилов поверить, что «ламповый звук» или звук клапана имеет внутреннее качество благодаря самой ламповой технологии. В 1970 году Матти Отала опубликовал статью о происхождении ранее не наблюдаемой формы искажения: переходных интермодуляционных искажений (TIM), [7] позже также названных другими искажениями, индуцированными нарастанием (SID). [8] Было обнаружено, что искажение TIM происходит во время очень быстрого увеличения выходного напряжения усилителя. [9]

TIM не появлялся при измерениях синусоидального тона в установившемся режиме, что помогало скрыть его от инженеров-проектировщиков до 1970 года. Проблемы с искажением TIM возникают из-за пониженной частотной характеристики разомкнутого контура твердотельных усилителей. В дальнейших работах Отала и других авторов было найдено решение для искажения TIM, включая увеличение скорости нарастания , уменьшение полосы частот предусилителя и введение схемы компенсации запаздывания во входной каскад усилителя. [10] [11] [12] В высококачественных современных усилителях частота отклика разомкнутого контура составляет не менее 20 кГц, что устраняет искажения TIM.

Следующим шагом в усовершенствованном дизайне была теорема Баксандалла, созданная Питером Баксандаллом в Англии. [13] Эта теорема ввела понятие сравнения отношения между входным искажением и выходным искажением усилителя. Эта новая идея помогла инженерам-проектировщикам звука лучше оценить процессы искажения в усилителе.

Приложения [ править ]

Двухканальный усилитель мощности Pyle

Важные приложения включают в себя государственные адресные системы, театральные и концертные звукоусилительной и внутренние системы , такие как стерео или систему домашнего кинотеатра . Инструментальные усилители, включая гитарные усилители и усилители электрических клавишных инструментовтакже используйте усилители мощности звука. В некоторых случаях усилитель мощности для инструментального усилителя интегрирован в одну «головку» усилителя, которая содержит предусилитель, регуляторы тембра и электронные эффекты. Эти компоненты могут быть установлены в деревянном корпусе динамика для создания «комбоусилителя». Музыканты с уникальными требованиями к исполнению и / или потребностью в очень мощном усилителе могут создать индивидуальную установку с отдельными стоечными предусилителями, эквалайзерами и усилителем мощности, установленными в 19-дюймовом дорожном футляре .

Усилители мощности доступны в виде отдельных блоков, которые используются энтузиастами Hi-Fi аудио и разработчиками систем громкой связи (систем громкой связи) и систем звукоусиления . Пользователь усилителей мощности Hi-Fi может иметь стереоусилитель мощности для управления левым и правым динамиками и одноканальный (моно) усилитель мощности для управления сабвуфером . Количество усилителей мощности, используемых в системе звукоусиления, зависит от размера помещения. В небольшой кофейне может быть один усилитель мощности, управляющий двумя динамиками PA. В ночном клубе может быть несколько усилителей мощности для основных динамиков, один или несколько усилителей мощности для мониторных динамиков.(указывает на полосу) и дополнительный усилитель мощности для сабвуфера. Концерт на стадионе может иметь большое количество усилителей мощности, установленных в стойках. Большинство звуковых продуктов бытовой электроники , таких как телевизоры , бум-боксы , звуковые системы для домашних кинотеатров , электронные клавиатуры Casio и Yamaha , комбинированные гитарные усилители и автомобильные стереосистемы, имеют усилители мощности, встроенные в шасси основного продукта.

См. Также [ править ]

  • Усилитель на полевом транзисторе
  • Инструментальный усилитель (усилители для музыкальных инструментов)
  • Двухтактный выход
  • Несимметричный триод
  • Цепи управления тембром

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2011-04-24 . Проверено 16 января 2011 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ) Cyrus Audio: Архив продуктов: Cyrus One
  2. ^ http://nobelprize.org/educational_games/physics/transistor/history/ Транзистор в век электроники
  3. ^ "Переосмысление плотности мощности с помощью GaN" . Электронный дизайн . 21 апреля 2017 . Проверено 23 июля 2019 года .
  4. ^ a b c Дункан, Бен (1996). Усилители мощности звука с высокими характеристиками . Эльзевир . С.  177–8, 406 . ISBN 9780080508047.
  5. ^ Дункан, Бен (1996). Усилители мощности звука с высокими характеристиками . Newnes. С. 147–148. ISBN 9780750626293.
  6. ^ Флиглер, Ричи; Эйче, Джон Ф. (1993). Амперы! Другая половина рок-н-ролла . Хэл Леонард Корпорейшн . ISBN 9780793524112.
  7. ^ Отала, М. (1970). «Переходные искажения в транзисторных усилителях мощности звука». Протоколы IEEE по аудио и электроакустике . 18 (3): 234–239. DOI : 10.1109 / TAU.1970.1162117 . S2CID 13952562 . 
  8. ↑ Уолтер Дж. Юнг, Марк Л. Стивенс и Крейг С. Тодд (июнь 1979 г.), «Обзор SID и TIM», Аудио
  9. ^ «Модификации схемотехники для минимизации переходных интермодуляционных искажений в аудиоусилителях», Матти Отала, Журнал Общества инженеров аудио, Том 20 # 5, июнь 1972 г.
  10. ^ Распределение скорости изменения сигнала фонографа, Ламмасниеми, Йорма; Ниеминен, Кари, Журнал Общества аудиоинженеров, Том. 28 # 5, май 1980.
  11. ^ "Психоакустический порог обнаружения переходных интермодуляционных искажений", Petri-Larmi, M .; Отала, М .; Ламмасниеми, J. Journal of Audio Engineering Society, Том 28, № 3, март 1980 г.
  12. ^ Обсуждение практических особенностей конструкции, которые могут вызвать или уменьшить ограничение скорости нарастания и переходную интермодуляцию в аудиоусилителях, также можно найти, например, в главе 9книги Джона Линсли Гуда «Искусство линейной электроники» (Баттерворт-Хайнеманн, Оксфорд, США). 1993).
  13. ^ "Дизайн звукового усилителя мощности", Питер Баксандалл. Журнал Wireless World, февраль 1979 г.