Схема усилителя

Результаты

Таким образом, как показали наши тесты, даже без доработок усилитель звучит хорошо. Но если вы хотите улучшить звучание, то мы показали вам, какие характеристики можно поменять. Выходные транзисторы в наборе — это лотерея, поэтому часто можно услышать противоположное мнение при прослушивании собранного набора.

С новыми транзисторами усилитель играет лучше и нет опасности, что они выйдут из строя во время работы. Поэтому рекомендуем сразу заменить выходные транзисторы на оригинальные 2N3055 или MJ15003G. 

Недостатки усилителя — это, в первую очередь, большое энергопотребление из-за работы в классе А и относительно небольшая мощность.

Достоинства этого усилителя — это легкая сборка и настройка, а также небольшая цена и отличный звук.

На нашем форуме есть довольно большая ветка, где многие пользователи повторили усилитель JLH1969 и делятся своим опытом. Если вы хотите повторить этот усилитель или у вас есть что рассказать или спросить на эту тему, то вам сюда.

Минусы

Обладая совершенно убийственными преимуществами, класс D не завоевал рынок Hi-Fi целиком и полностью лишь потому, что имеет свои слабые места, которые для многих ценителей качественного звука выглядят куда более значительными, нежели энергоэффективность. Наличие в схеме высокочастотного генератора само по себе является потенциальным источником электромагнитных помех, негативно влияющих на звучание самого усилителя и на работу соседствующих с ним компонентов звукового тракта.

Неподготовленный слушатель, возможно, не заметит данного эффекта или не придаст ему значения, но в индустрии Hi-Fi и High End, когда всякая мелочь имеет значение, такое соседство не приветствуется и вынуждает инженеров совершенствовать фильтрующие схемы и идти на прочие ухищрения, чтобы исключить влияние вредоносного СВЧ-генератора несущей частоты на воспроизводимый аудиосигнал.

Высокий КПД усилителей класса D стал причиной одной специфической особенности: высокой зависимости качества и характера звучания от блока питания. Если производитель решит использовать импульсный источник питания и не озаботится достаточным количеством фильтрующих схем, часть шумов обязательно проникнет в колонки и подпортит впечатление от звучания. Плохой блок питания, конечно, и классу АВ на пользу не пойдет, но именно в классе D эта проблема проявляется наиболее остро.

Что такое усилитель звука?

Качественный аудиоприбор, будь то магнитола в автомобиле или акустическая система для домашнего кинотеатра, практически всегда снабжается усилителем звука. Это специальное электрическое устройство, преобразующее слабый электрический сигнал в более сильный с помощью увеличения мощности тока. Усилитель мощности звука может быть как отдельным прибором, входящим в аудиосистему, так и являться внутренним компонентом, например, колонок, входящим в их гибридную систему.

Устройство усилителя звука

Стандартный усилитель звука для колонок имеет следующие конструкционные особенности:

1. Входная система усилителя звука. К ней подсоединяется сам источник, который может отличаться выходным напряжением.
2. Блок питания, отвечающий за преобразование входящего тока в величину с более высоким напряжением. Основным прибором этой группы является трансформатор.
3. Выходной каскад, главными элементами которого являются транзисторы. Они преобразуют повышенное напряжение от блока питания в нужную форму сигнала, который передается на устройство вывода звука.
4. Блок регулировки настроек присутствует только в автономных устройствах и позволяет тонко настраивать качество получаемого звука на выходе.

Принцип работы усилителя звука

Любой простой усилитель звука вне зависимости от класса и конструктивных особенностей работает по следующей схеме:

1. В блоке питания входящий электрический ток от стандартной сети электропитания или автомобильного аккумулятора преобразуется в постоянный ток.
2. Усилители звука для домашней акустики через входную систему получает сигнал от подключенного устройства (CD-плеера, например) и изменяет (увеличивает) его амплитуду с помощью постоянного тока. Длина звуковой волны остается без изменений.
3. Усиленный звуковой сигнал передается на выходное устройство (колонки), через которые и воспроизводится в новом, улучшенном качестве.

Усилители класса АВ

Разновидность усилителя класса В с небольшим (менее 10 % от максимального) начальным током выходного каскада для уменьшения искажений называют усилителем «класса АВ». К этому классу относится подавляющее большинство всех промышленных транзисторных усилителей, а также ламповых усилителей мощностью более 20 Вт.

Типичное значение КПД усилителя класса В или АВ составляет примерно 50 %. То есть, усилитель, отдающий в нагрузку 50 Вт мощности, потребляет 100 Вт от домашней сети. Подчеркнем: в момент появления сигнала. При отсутствии сигнала и при его малых значениях потребляемая мощность задается током покоя выходных элементов и может составлять от 1 до 10 % от максимальной полезной мощности. Таким образом, двухтактные усилители класса В или АВ оказываются намного экономичнее усилителей класса А.

Двухтактный выходной каскад при высокой симметрии «плеч» обеспечивает подавление в выходном сигнале четных гармоник. Это существенно понижает общий коэффициент нелинейных искажений по сравнению с однотактными усилителями. Снижение уровня гармоник происходит, главным образом, за счет подавления второй гармоники, доминирующей обычно в спектре искажений «однотактников». Иногда в двухтактных усилителях класса АВ используют большое значение тока покоя, переводя усилитель в класс А для малых сигналов, соответствующих выходной мощности около 1 Вт.

Многие эксперты отмечают особую важность качества «первого ватта» для повышения естественности звуковоспроизведения. Важность первого ватта связана с тем, что при типичной чувствительности головки громкоговорителя на уровне 90 дБ/Вт мощности в 1 Вт достаточно для комфортного прослушивания негромкой (камерной, джазовой) музыки

В рекламных целях некоторые производители объявляют усилители такого типа усилителями класса А, что не совсем верно, если не уточняется до какого уровня мощности действительно сохраняется режим класса А.

Классификация

Усилители классифицируются по классам в зависимости от их конструкции и эксплуатационных характеристик.

Не все усилители одинаковы, и существует четкое различие между настройкой и работой их выходных каскадов. Основными рабочими характеристиками идеального усилителя являются линейность, усиление сигнала, эффективность и выходная мощность, но в реальных усилителях всегда существует компромисс между этими различными характеристиками.

Как правило, большие усилители сигнала или мощности используются на выходных каскадах аудиоусилителей для управления нагрузкой громкоговорителя. Типичный громкоговоритель имеет импеданс от 4 Ом до 8 Ом, поэтому усилитель мощности должен быть способен подавать высокие пиковые токи, необходимые для возбуждения низкоомного динамика.

Один метод, используемый для различения электрических характеристик усилителей разных типов, относится к «классу», и в качестве таких усилителей классифицируются в соответствии с их схемотехнической конфигурацией и методом работы. Тогда Классы усилителей — это термин, используемый для различения разных типов усилителей.

Классы усилителя представляют величину выходного сигнала, которая изменяется в схеме усилителя в течение одного цикла работы при возбуждении синусоидальным входным сигналом. Классификация усилителей варьируется от полностью линейного режима (для использования при усилении сигнала высокой точности) с очень низкой эффективностью до полностью нелинейного (где точное воспроизведение сигнала не так важно), но с гораздо более высоким КПД, в то время как другие являются компромиссом между двумя. Классы усилителей в основном объединены в две основные группы. Первыми являются классически управляемые усилители угла проводимости, формирующие более распространенные классы усилителей A, B, AB и C , которые определяются длиной их состояния проводимости на некоторой части выходного сигнала, так что работа транзистора выходного каскада лежит где-то между «полностью включен» и «полностью выключен»

Классы усилителей в основном объединены в две основные группы. Первыми являются классически управляемые усилители угла проводимости, формирующие более распространенные классы усилителей A, B, AB и C , которые определяются длиной их состояния проводимости на некоторой части выходного сигнала, так что работа транзистора выходного каскада лежит где-то между «полностью включен» и «полностью выключен».

Второй набор усилителей — это более новые так называемые «переключающие» классы усилителей D, E, F, G, S, T и т.д., Которые используют цифровые схемы и широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для постоянного переключения сигнала между «полностью ВКЛ.» и «полностью ВЫКЛ.», приводящие к сильному выходу в области насыщения и обрезания транзисторов.

Наиболее часто создаваемые классы усилителей — это классы, которые используются в качестве аудиоусилителей, в основном, классы A, B, AB и C, и, для простоты, именно эти типы классов усилителей мы рассмотрим здесь более подробно.

Схема

Учитывая, что LM317 может работать с максимальным током в 1,5 А, на выходе получаем относительно небольшую выходную мощность. К счастью, это ограничение можно преодолеть путем соединения нескольких LM317 параллельно, как представлено на схеме:

Увеличение по клику

Максимальное входное напряжение для LM317 составляет 40 В, поэтому, казалось бы, запитать усилитель можно от двухполярного источника с напряжением не более ±20 V. Однако, операционный усилитель, допускает работу с максимальным напряжением питания ±18 В. Поэтому, по мнению автора, работа схемы от источника питания с напряжением ±15В будет вполне разумным и безопасным решением.

Определившись с напряжением питания мы можем рассчитать необходимый ток покоя. Для нагрузки сопротивлением 8 Ом он составит  15 В/8Ω=1,875 А. Теоретическая максимальная мощность будет составлять около 14 Вт, хотя на практике получилось 12 Вт при чисто резистивной нагрузке.
Так как акустическая система далека по своим свойствам от резистивной нагрузки, ток покоя следует взять несколько больший, например, 2,2А. В этом случае величина токозадающего резистора составит  1,25/2,2=0,56 Ω.

При этом на резисторе будет рассеивать чуть меньше 3 Вт, поэтому рекомендуется использовать резистор мощностью не менее 5 Вт. При таких параметрах потребляемая мощность одного канала усилителя составит 30×2,2=66 Вт.

А что вы хотели? Класс «А»!

Какие бывают?

Современная аудиотехника оснащена усилителем звука – будь то аппарат, передающий цифровой процессорный сигнал или беспроводной гаджет, работа которого осуществляется с Bluetooth, в них можно обнаружить как моноусилитель, так и стереомодель. Усиливающее звук устройство может выглядеть как мини-усилитель, применяемый в аппаратах с небольшими габаритами, а, например, в смартфоне имеется встроенный микроусилитель. Сказать, что большой усилитель лучше, чем маленький, было бы неправильным.

По назначению

Варианты усилителей мощности звука подразделяются с учетом сферы их применения.

Усилители звука для автомобильной аудиосистемы – предназначены для повышения мощности динамиков и сабвуфера. Подразделяются на устройства, имеющие от 1 до 6 каналов. Одноканальный вариант работает с устройствами высокой мощности. Двухканальный вариант работает с аудиосистемой, имеющей раздельные каналы, образующие стереозвук. Трехканальные устройства имеют возможность подключения к сабвуферу и двум колонкам. Наиболее распространен усилитель с четырьмя каналами, куда можно подключить сразу 4 динамика или 3 динамика и сабвуфер. Усилители с 5 и 6 каналами также дают возможность маневра в подключении нескольких звуковых устройств, значительно экономя свободное пространство, но они более дорогие по стоимости.

Устройства, усиливающие звук, помимо своего назначения, подразделяются также и по уровню мощности.

По классу мощности

Под уровнем мощности понимают суммарный показатель выходного сигнала, который учитывается за один цикл работы прибора в зависимости от его схемы устройства.

Условно классы мощности звукоусилителя подразделяют на несколько групп.

Наиболее качественные – классы А, В, АВ, С. Такие устройства способны обеспечить наиболее чистый и свободный от помех аналоговый звук. В конструкции устройства лежит транзисторный или ламповый метод преобразования звука. Такая аппаратура используется в бытовой и профессиональной сферах.

Наиболее качественное преобразование звука осуществляется только при помощи лампового усилителя класса А. Эти приборы являются дорогостоящими, и цены на них могут достигать несколько миллионов рублей. Усилители лампового типа имеют возможность абсолютно точно копировать вид входного звука и выводить его без каких-либо искажений, но со значительной долей усиления.

Устройства для малогабаритных приборов – классы D, E, F и T. В этих усилителях применяются цифровые схемы, а также задействованы модуляции пульсирующего включения и выключения.

Наиболее распространены усилители класса D, которые в отличие от аналоговых видов входной сигнал получают не в виде синусоиды, а как прямоугольный импульс. Амплитуда импульсов постоянна, а их длительность зависит от входного сигнала. Прибор работает на частоте от 10 до 100 000 Гц. Формирующиеся импульсы звука усиливаются с помощью транзисторов, а исходящий звук проходит фильтрацию низких частот.

Усилитель для автомобильной аппаратуры – класс H. Такая техника применяется в условиях с ограниченным уровнем электронапряжения. Конструктив устройства включает в себя усилитель AB-класса. Коэффициент полезного действия такого усилителя составляет 83-85%, и его считают маломощным, но при этом показатель искажения звука составляет всего 0,1%.