Классы усилителей мощности. усилители классов а, в, ав, с

Анализ частотной характеристики усилительного каскада

Снижение коэффициента усиления в
области нижних частот (f_{н гр}) происходит в основном
вследствие потерь выходного напряжения на разделительном
конденсаторе С_рз в цепи межкаскадной связи, который имеет
емкостное сопротивление Х_с = 1 / (w_н С_{р з}) значительной величины в области нижних частот и малой
величины в области средних и верхних частот, на которых влияние его
и не учитывается.

Снижение коэффициента усиления в
области верхних частот (f_{в гр}) вызывается тем, что
резистор R_с3 шунтируется сравнительно небольшим емкостным
сопротивлением входной паразитной емкости каскада

Х_{Свх з} =
1 / (w_н С_{вх з})
,

что снижает входное эквивалентное
сопротивление каскада, уменьшая снимаемое с него напряжение,
подаваемое на вход следующего каскада и соответственно уменьшая
коэффициент усиления. Одновременно влияние этой емкости в области
нижних и средних частот незначительно, поэтому в этих случаях в
расчет не принимается.

Учитывая эти соображения, на рис.
6 приведены три эквивалентные схемы усилительного каскада,
которые помогают составить расчетные формулы его коэффициентов
усиления в области средних, нижних и верхних частот.

Во-первых, в области средних частот
(рис. 6, а), где пренебрегают влиянием емкостных сопротивлений,
получается максимальный коэффициент усиления. Из эквивалентной схемы
следует, что

, где
                

,

отсюда получим
        

Рис. 6. Эквивалентные схемы лампового каскада в
области:

 а — средних частот; б — низких
частот; в — верхних частот

Во-вторых, в области нижних частот
(рис. 6, б), где из полной эквивалентной схемы исключена
входная паразитная емкость C_вх3,

или

где w_н = 2pf _н
гр

постоянная времени в
области

f _н…t_н = С _р3
×R_с3 =

f _н = от до

В-третьих, в области верхних частот,
где не учитывается влияние разделительного конденсатора
С_р, (рис. 6, в), коэффициент усиления каскада будет
определяться по формуле

где w_в =
2pf _в
гр

f _{в гр} =  ¸;   t_в =;

С_{вх 3} =
С _монт + С _ак2 + С _ск2 + С
_ас3(1 + К₃)

Таким образом, определив
К_ср, К_н, К_в, Df = f_{в гр} — f_{н гр},
можно построить частотную характеристику каскада К =
j(f) при
U_вх = соnst.

Следует иметь в виду, что анализ
частотной характеристики резистивно-емкостного каскада на
транзисторе осуществляется по аналогичным формулам, но с учетом
некоторых особенностей, присущих параметрам транзисторных каскадов,
например зависимости коэффициента усиления по току от частоты.

к оглавлению  
ТОЭЭЭ  
ТЭЦ  

Знаете ли Вы, что в 1974 — 1980 годах профессор Стефан Маринов из г. Грац, Австрия, проделал серию экспериментов, в которых показал, что Земля движется по отношению к некоторой космической системе отсчета со скоростью 360±30 км/с, которая явно имеет какой-то абсолютный статус. Естественно, ему не давали нигде выступать и он вынужден был начать выпуск своего научного журнала «Deutsche Physik», где объяснял открытое им явление. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАРыцари теории эфира

10.11.2021 — 12:37: ПЕРСОНАЛИИ — Personalias -> — Карим_Хайдаров.10.11.2021 — 12:36: СОВЕСТЬ — Conscience -> — Карим_Хайдаров.10.11.2021 — 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> — Карим_Хайдаров.10.11.2021 — 12:35: ЭКОЛОГИЯ — Ecology -> — Карим_Хайдаров.10.11.2021 — 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА — War, Politics and Science -> — Карим_Хайдаров.10.11.2021 — 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА — War, Politics and Science -> — Карим_Хайдаров.10.11.2021 — 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> — Карим_Хайдаров.10.11.2021 — 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ — New Technologies -> — Карим_Хайдаров.10.11.2021 — 09:18: ЭКОЛОГИЯ — Ecology -> — Карим_Хайдаров.10.11.2021 — 09:16: ЭКОЛОГИЯ — Ecology -> — Карим_Хайдаров.10.11.2021 — 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> — Карим_Хайдаров.10.11.2021 — 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> — Карим_Хайдаров.

Отличительные особенности конструкционного решения усилителя

Системы усиления звуковых частот включают в свой состав систему предварительного усиления и усилителя мощности сигнала. Предварительную систему используют для того, чтобы повысить мощность сигнала к параметрам, требуемым для работы основного усилителя. Предусилитель включает в свой состав системы урегулирования тембра и громкости или эквалайзер. Он может быть частью основного усилителя или выполняться как отдельное устройство.

Задачей основного усиливающего устройства является формирования сигнала требуемой мощности и передачи его в цепь нагрузки, которая может включать в себя различные устройства излучения звуковых волн:

• динамики,
• наушники,
• трансляционная сеть,
• система модулятора и прочее.

Следует отметить, что усилители звука стали неотъемлемой частью любой звукозаписывающей / воспроизводящей или транслирующей аппаратуры.

Классификация усилителей звука

По использованию звуковых усилителей их можно разделить на две основные категории: бытовые и профессиональные.

Бытовые устройства усиления основным своим предназначением предусматривают небольшой уровень усиления звука с минимальными искажениями. Такие усилители в основном применяются для домашних музыкальных систем, для которых важным фактором является качество звучания, а не его громкость.

Профессиональные системы усиления в свою очередь делятся на концертные, студийные и инструментальные. Предложенные звуковые системы в основном используются для профессионального применения при организации концертов, студийных звукозаписей, озвучивания различных мероприятий и прочее. Отличительной чертой оборудования этого типа является высокий КПД и возможность получения существенного усиления звука с возможностью его передачи на мощные источники звуковоспроизведения на большие расстояния.

3.3. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики

Коэффициент усиления и фаза любого усилителя зависят от частоты. Зависимость коэффициента усиления K(f) называется амплитудно-частотной характеристикой, а аргумента φ(f) фазо-частотной характеристикой. Их часто обозначают сокращенно: АЧХ и ФЧХ соответственно.

Форма сигнала после его усиления может быть сохранена в том случае, если усилитель является идеальным (т.е. не вносит искажений). Искажения будут отсутствовать, если в диапазоне частот, соответствующем спектру этого сигнала (от f_Н до f_В) АЧХ и ФЧХ будут иметь вид показанный на рис.2.8 и 2.9 соответственно.

В реальных усилителях эти условия обычно не выполняются. Отличие реальных характеристик от идеальных определяют амплитудно-частотные фазо-частотные искажения усилителя.

Рис. 2.10. Зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты

Количественно амплитудно-частотные искажения на любой частоте f_i определяются коэффициентом амплитудно-частотных искажений M_i (индекс i показывает частоту f_i):

;

Здесь К_Ф = К – коэффициент усиления в области средних частот. Часто коэффициент амплитудно-частотных искажений определяют в логарифмических единицах:

М_i = 100,05·∆Si

В технике МСП часто используют усилители, частотные характеристики усиления которых имеют заданную форму, отличную от идеальной. В данном случае задаются допустимым отклонением коэффициента усиления реального усилителя от номинального значения на различных частотах рабочего диапазона. На рис. 2.11 показана заданная частотная характеристика (пунктирная линия) и характеристика реального усилителя (сплошная линия).

Рис. 2.11. АЧХ группового усилителя МСП ∆S – допустимые отклонения АЧХ

Во многих случаях допустимые фазо-частотными искажениями усилителя вообще не задаются, поскольку они не имеют значения. Чаще используют характеристику неравномерности группового времени распространения ∆t_ГР(f):

∆t_{ГР. i} = t_{ГР. i} – t_{ГР. МИН.}

Где t_{ГР. i} – абсолютное время задержки сигнала усилителем на данной частоте; t_{ГР. МИН.} – абсолютное время задержки, определённое на той частоте рабочего диапазона, усилителя, где оно минимально. Величина t_ГР(f) связана с ФЧХ уравнением:

Т.о. t_ГР(f) соответствует крутизне ФЧХ усилителя на данной частоте.

Баг 8K HDMI

AV-ресиверы зачастую служат очень долго. Когда вы купили и настроили ресивер, обычно нет смысла думать о приобретении более современной версии, пока не появляются какие-то передовые стандарты. Нужно что-то на уровне Dolby Atmos, чтобы обеспечить больший эффект погружения при прослушивании, нежели даёт обычный объёмный звук 5.1.

Появление новых игровых консолей с поддержкой 4k 120fps и будущее появление видео формата 8K заставляет некоторых задуматься об обновлении, особенно при желании получить HDMI 2.1 AVR с совместимой сквозной передачей.

Однако, при выпуске AV-ресиверов с поддержкой HDMI 2.1 возникли проблемы. Речь идёт о проблемах с совместимостью, из-за которых источники контента 8K/4K (особенно консоли Xbox Series X) не всегда успешно передавали видеосигнал на экран.

Производители AVR Denon, Marantz и Yamaha постарались исправить ситуацию для обладателей ресиверов первого поколения. Пришлось не обновлять прошивку, а предлагать дополнительный аппаратный комплект.

Denon выпустила адаптер HDMI SPK618, который был бесплатно доступен владельцам ресиверов Denon и Marantz с багом. Он размещается между игровой консолью и AV-ресивером и корректирует данные HDMI для правильного отображения.

Есть и более простое решение. Можно подключить игровую консоль прямо к телевизору с поддержкой 4K/120fps и направлять звук на AVR с помощью eARC. Или можно отказаться от высокой частоты кадров и пользоваться консолью с разрешением 4К на скорости 60 кадров/с.

Если вы обладатель AV-ресивера с поддержкой 8K производства Denon или Marantz, можно увеличить количество подключаемых к ним устройств 4K 120fps и 8K за счёт переключателя HDMI 2.1. Два этих производителя представили идентичные модели AVS-3 и VS3003 с тремя входами HDMI и одним выходом.

У них есть совместимость с HDMI CEC и обычно они подключаются к одному входу 8K на AVR, добавляя ещё два порта. Это может пригодиться обладателям Xbox Series X и PlayStation 5.

Основные характеристики многокаскадных усилителей

Приведем основные характеристики
многокаскадных усилителей.

1. Амплитудная характеристика,
показывающая зависимость величины выходного напряжения усилителя от
величины входного напряжения при постоянной частоте усиливаемого
сигнала, то есть U_вых = f(U_вх) при f = = соnst
400 или
1000 Гц (рис. 2, а). Чтобы нелинейные  искажения не
превышали допустимой величины, используется только линейный участок
амплитудной характеристики.

Наличие внутренних шумовых помех
приводит к тому, что при отсутствии входного сигнала (U_вх
= 0) на выходе усилителя имеется выходное напряжение U_вых
= U_шума.

2. Частотная (или
амплитудно-частотная) характеристика, показывающая зависимость
величины коэффициента усиления усилителя от частоты входного сигнала
при неизменной величине входного напряжения, то есть К = U_вых
/ U_вх = j(f) при
U_вх = соnst.

На частотной характеристике,
показанной на рис. 2, б, различают три области: а) область
низкой частоты; б) область средней частоты; в) область верхней
частоты.

Рис. 2. Характеристики усилителей: а — амплитудная; б — частотная (или амплитудно-частотная); в — фазовая

Эта характеристика показывает, что
наибольшее усиление полезного сигнала происходит в области средних
частот, а в областях низкой и верхней частот происходит завал
характеристики, обусловленный реактивными (емкостными) элементами в
схеме усилителя.

На этом графике показана рабочая
полоса частот в пределах от верхней граничной частоты до нижней
граничной частоты, то есть Df =
f_{в гран}— f_н
гран, где завал частотной характеристики не превышает
допустимую величину более чем на 30% от коэффициента максимального
усиления. Обычно ось абсцисс частотной характеристики строят в
логарифмическом масштабе, чтобы очень сильно не растягивать
график.

3. Фазовая характеристика,
показывающая величину угла сдвига фазы j между
фазой выходного сигнала и фазой входного сигнала в зависимости от
частоты сигнала, то есть j =
y(f).

На графике (рис. 2, в) видно, что
фазовый угол сдвига j между
выходным и входным напряжениями в области средних частот примерно
равен нулю, а в областях нижней и верхней частот допустимаявеличина этого угла примерно равна jp/4 =
45°.

Нужно иметь в виду, что фазовые
искажения связаны с наличием реактивных элементов (емкостей и
индуктивностей) в схемах усилительных устройств. Фазовые искажения
существенное значение имеют в осциллографической, телевизионной,
радиолокационной, импульсной и т. п. технике. В усилителях звуковой
частоты они не оказывают заметного влияния на восприятие звукового
сигнала человеком.

Гармонические и негармонические сигналы.

И для начала чуть подробнее разберемся, как классифицируются сигналы. В первую очередь, нас интересуют периодические сигналы. Их форма повторяется через определенный интервал времени T, называемый периодом. Периодические сигналы в свою очередь делятся на два больших класса — гармонические и негармонические. Гармонический сигнал — это сигнал, который можно описать следующей функцией:

y = A cos(wt + \phi)

Здесь A — амплитуда сигнала, w — циклическая частота, а \phi — начальная фаза. Может возникнуть логичный вопрос — разве синусоидальный сигнал не является гармоническим? Конечно, является, дело в том, что sin\alpha = cos(\frac{\pi}{2}\medspace-\medspace \alpha) — то есть сигналы отличаются начальной фазой, соответственно, синусоидальный сигнал не противоречит определению, которое мы дали для гармонических колебаний.

Вторым подклассом периодических сигналов являются негармонические колебания. Вот пример негармонического сигнала:

Как видите, несмотря на свой вид, сигнал остается периодическим, то есть его форма повторяется через интервал времени, равный периоду.

Для работы с такими сигналами и их исследования существует определенная методика, которая заключается в разложении сигнала в ряд Фурье. Суть состоит в том, что негармонический периодический сигнал (при выполнении определенных условий) можно представить в виде суммы гармонических колебаний с определенными амплитудами, частотами и начальными фазами. Важным нюансом является то, что все гармонические колебания, которые участвуют в суммировании, должны иметь частоты, кратные частоте исходного негармонического сигнала. Возможно это пока не совсем понятно, так что рассмотрим практический пример и разберемся подробнее. И для примера используем сигнал, который изображен на рисунке чуть выше. Его можно представить следующим образом:

u(t) = u_1(t) + u_2(t) = 2 sin(t) + 1.5 sin(2t)

Давайте изобразим все эти сигналы на одном графике:

Функции u_1(t), u_2(t) называют гармониками сигнала, а ту из них, период которой равен периоду негармонического сигнала, называют первой или основной гармоникой. В данном случае первой гармоникой является функция u_1(t) (ее частота равна частоте исследуемого негармонического сигнала, соответственно, равны и их периоды). А функция u_2(t) = 1.5 sin(2t) представляет из себя ни что иное как вторую гармонику сигнала (ее частота в два раза больше). В общем случае, негармонический сигнал раскладывается на бесконечное число гармоник:

u(t) = U_0 + \sum_{i=0}^{\infty}{U_{k}\thinspace sin(\thinspace kwt + \phi_k\thinspace )}

Здесь U_k — амплитуда, а \phi_k — начальная фаза k-ой гармоники. Как мы уже упомянули чуть ранее, частоты всех гармоник кратны частоте первой гармоники, собственно, это мы и наблюдаем в данной формуле. U_0 — это нулевая гармоника, ее частота равна 0, она равна среднему значению функции за период. Почему среднему? Смотрите — среднее значения функции синуса за период равно 0, а значит при усреднении в этой формуле все слагаемые, кроме U_0 будут равны 0

Классификация, основные параметры и характеристики усилителей

На практике в устройствах промышленной электроники в большинстве случаев для получения необходимой полезной
выходной мощности в нагрузке одного каскада недостаточно. Поэтому
применяют многокаскадные усилители, собираемые из нескольких
последовательно соединенных одиночных усилительных каскадов. В
блок-схеме (рис. 1) в качестве датчиков, преобразующих почти
любой неэлектрический сигнал во входной электрический сигнал могут
использоваться различные источники ЭДС, например микрофон, антенна,
фотоэлемент, фотодиод, фоторезистор, фотоэлектронный умножитель,
терморезистор, тензорезистор, тахогенератор, пьезоэлектрический
преобразователь, считывающая головка с магнитофонной,
перфорированной или фотографической ленты, биотоки, индуктивные или
емкостные датчики давления, перемещения, плотности уровня и т.
д.

В качестве нагрузки можно подключать в
выходную цепь каскада УМ комплексные активно-реактивные нагрузки (R,
RL, RС, РСL), например обмотку громкоговорителя, фидерную или
абонентскую сеть, самописец, обмотку электромагнитного реле, или
шагового (искателя) двигателя, или электроконтактора, обмотку
возбуждения электродвигателя, различные контрольно-измерительные
приборы, блоки развертки луча осциллографа или телевизора, световые
индикаторы и т. д.

В блок-схеме многокаскадного усилителя
первый входной каскад t предназначен для согласования сопротивления
датчика входного сигнала со входным сопротивлением усилителя при
одновременном усилении входного сигнала по току или
напряжению. 

Рис. 1. Блок-схема многокаскадного усилителя

Последний — оконечный, или выходной,
каскад является каскадом усиления мощности, передаваемой в полезную
нагрузку.

Все остальные промежуточные каскады,
включая предоконечный каскад, обеспечивают усиление полезного
сигнала по напряжению или току до величины, необходимой для
оптимальной работы выходного каскада, при которой отбирается в
нагрузку максимально возможная полезная мощность каскада при
допустимой величине  нелинейных искажений.

На блок-схеме пунктиром показаны цепи
отрицательной обратной связи b₁ и b₂, которые, уменьшая коэффициент
усиления, улучшают другие более важные качественные показатели
усилительного устройства.

Многокаскадные усилители
характеризуются следующими признаками, параметрами и
характеристиками. По разным признакам различают:

1) усилители на электронных
усилительных лампах, на транзисторах, на тиристорах, на туннельных
диодах, на микросхемах и т. п.;

2) по количеству усилительных каскадов
— двух-, трех- и более каскадные усилители;

3) по частотным свойствам — усилители
напряжения или тока низкой частоты (НЧ), высокой частоты (ВЧ),
промежуточной частоты (ПЧ), ультразвуковой частоты (УЗКЧ),
узкополосные и широкополосные усилители, усилители постоянного тока
(УПТ);

4) по виду межкаскадной связи —
усилители с RС-связью, в которых применяются разделительные
конденсаторы между каскадами; усилители с трансформаторной связью
между каскадами; усилители с полосовым колебательным контуром связи
между каскадами; усилители с непосредственной гальванической связью
между каскадами;

5) по виду используемой
последовательной или параллельной отрицательной обратной связи по
напряжению или току;

6) по режимам работы в классах А, В,
АВ, С, Д;

7) по соотношению величины входного
сопротивления первого каскада R_{вх к-да}, сравнительно с
величиной сопротивления датчика R_г входного сигнала
различают: а) режим холостого хода (хх), когда R_{вх к-да}
>> R_г; б) режим короткого замыкания (кз),
когда R_{вх к-да} << R_г; в) режим
согласования, когда R_{вх к-да}
R_г, при котором от датчика входного сигнала передается на
вход усилителя наибольшая входная мощность сигнала;

по соотношению величины выходного
сопротивления со стороны выходных клемм усилителя сравнительно с
величиной сопротивления нагрузки Rн различают следующие режимы
работы:

а) режим хх, когда R_вых
<< R_н;

б) режим кз, когда R_вых
>> R_н;

в) режим согласования, когда
R_вых
R_н.

Навигация

• Карта сайта
• Электромагнитные колебания и волны
• Основные свойства слуха
• Акустические термины
• Акустические системы
• Динамические громкоговорители
• Электростаты
• Рупорные колонки
• Сабвуфер
• Высококачественные телефоны
• Микрофоны
• Аналоговые компараторы напряжения
• Усилители
  • Бестрансформаторные двухтактные каскады на транзисторах
  • Влияние ОС на параметры усилителей
  • Выходные каскады усилителей
  • Выходные усилители мощности
  • Двухтактный каскад, работающий в классе А
  • Дифференциальный усилитель
  • Дрейф нуля
  • КПД усилителей, работающих в классе А
  • Каскады мощного усиления (входные каскады).
  • Каскады предварительного усиления
  • Классификация и основные параметры усилителей
  • Классификация усилителей звуковых частот
  • Классы AB и В работы двухтактного каскада
  • Классы усиления транзисторных усилительных каскадов
  • Новые режимы работы (классы)
  • Обратная связь в усилителях
  • Обратная связь в усилителях и схемы их построения
  • Обратные связи в усилителях
  • Общие сведения о уси­лителях гармонических и импульсных сигналов
  • Однотактный трансформаторный каскад, работающий в классе А
  • Основные механические показатели усилителей
  • Основные показатели
  • Основные типы каскадов усилителей мощности однотактные и двухтактные
  • Основные характеристики и параметры усилителей
  • Прелварительный усилитель
  • Рабочие режимы усилительных элементов
  • Способы обеспечения рабочего режима транзистора
  • Сравнение схем включения транзисторов
  • Схемы межкаскадной связи
  • Усилители постоянного тока
  • Усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером
  • Усилитель на полевом транзисторе
  • Факторы, влияющие на тепловой режим РЭА
• Элементы усилителей
• «THX» Tomlinson Holman eXperiment
• hi-fi и high-end
• Мировые школы электроакустики
• «Старый винил»
• Звуковые компакт-диски
• Магнитная запись
• Цифровые магнитофоны
• Цифро-аналоговые преобразователи
• Цифровое представление звуковых сигналов
• Аналого-цифровые преобразователи
• Звук и компьютер
• midi
• Генераторы сигналов
• Электронные лампы
• Акустиа закрытых помещений
• Оптоэлектронные приборы
• Резисторы
• Катушка индуктивности
• Стабилитроны
• Варикапы
• Диоды
• Тиристоры
• Транзисторы
• Конденсаторы
• Источники вторичного электропитания
• Аккумуляторы
• Активные фильтры
• Электропитание
• Антенно-фидерные устройства
• Конструкторского-техннолгическое обеспечение
• Возлействие окружающей среды на радиоэлектронную аппаратуру
• Технологии приборостроения
• Радиоприем
• Микросхемы
• Электронные ключи
• Каналы и системы связи
• Основы телевидения
• Электрорадиоматериалы
• Операционные усилители
• Сигналы и методы их исследования
• Электрические сети
• sitemap

Основные классы усилителей — A, B, AB

Как уже говорилось, усилитель мощности должен сочетать высокую выходную мощность с малыми искажениями и высоким КПД. К сожалению, при повышении КПД обычно увеличиваются искажения сигнала.

Выходные каскады транзисторных усилителей мощности выполняются исключительно по двухтактной схеме на полевых или биполярных транзисторах.

Однотактные усилители типа Pass Zen — экзотика, в автомобиле мало применимая. Полевые транзисторы используются при высоких напряжениях питания и сами по себе вносят малые искажения в сигнал, но КПД усилителя несколько ниже, чем при использовании биполярных транзисторов. Зато у биполярных искажения больше — как всегда, палка о двух концах.

Рис. 5. Общая схема двухтактного усилителя низкой частоты.

Существует три основных режима работы выходного каскада «звукового» усилителя — A, B, AB, соответственно которым их классифицируют. Каждый из режимов обладает своими достоинствами и недостатками.

класс усилителя	A	B	AB
КПД	max.50%	max.78%	max.60-75%
Искажения	малые	высокие	средние
потребляемая мощность	постоянная	зависит от выходной	зависит от выходной
термостабильность	низкая	высокая	средняя

В режиме A рабочая точка находится на середине линейного участка вольт-амперной характеристики транзисторов, поэтому нелинейные искажения сигнала минимальны.

В отсутствие сигнала через выходной каскад протекает значительный ток покоя, транзисторы в течение рабочего периода никогда не закрываются, т.е. каждый транзистор участвует в усилении обеих полуволн сигнала — и положительной, и отрицательной.

Потребляемая мощность постоянна, а мощность рассеяния максимальна при малых сигналах. Термостабильность в этом режиме наихудшая.

В режиме B рабочая точка выходного каскада смещена до критического значения коллекторного тока и каждую половину периода происходит переключение транзисторов — каждый из них усиливает свою «половинку» сигнала. В отсутствие сигнала транзисторы закрыты, ток покоя не протекает.

Потребляемая мощность пропорциональна выходной, а мощность рассеяния приблизительно постоянна (максимально 22% от выходной). Термостабильность исключительно высокая.

Самый главный недостаток, перечеркивающий все достоинства — при возбуждающих сигналах, близких к отсечке коллекторного тока транзисторов, возникают значительные переключательные искажения, с которыми не справляется никакая отрицательная обратная связь.

Режим AB — попытка примирить волков и овец. Рабочая точка выбрана в начале линейного участка вольт-амперной характеристики транзисторов, поэтому при малых сигналах каскад работает фактически работает в режиме A, а в режим B переходит при достаточно сильном возбуждении. В отсутствие сигнала через выходной каскад протекает некоторый ток покоя, иногда весьма значительный.

КПД при этом снижается и появляется проблема стабилизации тока покоя. Термостабильность — удовлетворительная.

Характер искажений сильно зависит от режима работы выходного каскада, особенно при малых уровнях сигнала. Искажения при среднем уровне сигнала примерно одинаковы для всех усилителей.

При больших уровнях сигнала начинается ограничение (клиппирование) сигнала в выходном каскаде и искажения возрастают во много раз.

Вот почему помимо коэффициента нелинейных искажений важно знать, при какой мощности он измерялся. Искажения малого сигнала максимальны у каскадов в режиме B

Подробно об этом далее.

Рис. 6. Сравнение искажений усилителей классов А, В и АВ в зависимости от выходной мощности.

Что скрывается за выходной мощностью

Многие производители указывают для усилителя колоссальную мощность: 100, 200 и более ватт на канал. При этом необходимо иметь в виду, что это PMPO (пиковая мощность), для реализации которой необходимо, как минимум, использовать в блоке питания батарею конденсаторов большой емкости (из расчета ~1000 мкФ на каждый ватт максимальной выходной мощности).

Как уже указывалось, оценить громкость звучания по этой характеристике невозможно. Мощность дополнительных усилителей ограничивается, главным образом, возможностями источника питания (способностью отдавать большой ток без снижения выходного напряжения). Мощность усилителей головных аппаратов ограничивается напряжением питания и с учетом потерь на выходных транзисторах не превышает указанных в таблице значений.

Реально достижимая номинальная (максимальная) выходная мощность головного аппарата при напряжении питания 14.4 В:

выходная мощность обычная схема мостовая схема на нагрузке 4 Ом на нагрузке 2 Ом

4.5 (8) Вт	15 (24) Вт
8 (15) Вт	25 (45) Вт*

* в головных аппаратах используется редко.

Помните, что использование акустики с импедансом меньше рекомендованного может вывести усилитель из строя, с большим — не принесет вреда, но выходная мощность пропорционально снизится.

Усилители мощности современных головных аппаратов выполняются исключительно на микросхемах, дополнительные усилители — как правило, на дискретных компонентах, хотя встречаются исключения из этого правила.

В головных аппаратах подразумевается использование акустики с импедансом 4 Ом, но некоторые модели в состоянии работать на нагрузку 2 Ом (это оговаривается особо).

Впрочем, подобные исключения достаточно редки. С другой стороны, для современных дополнительных усилителей нагрузка 2 Ом или даже 1 Ом — обычное явление. С мощностью наконец разобрались. Но тут есть прямо-таки фарисейская уловка. Дело в том, что номинальная и максимальная выходная мощность усилителя измеряется на активной нагрузке при подаче на вход синусоидального сигнала.

В действительности же усилители работают на комплексную нагрузку, обладающую помимо активного сопротивления и емкостью, и индуктивностью.

Да и в реальном музыкальном сигнале трудно найти что-нибудь, хотя бы отдаленно напоминающее синусоиду. Чтобы оценить взаимодействие усилителя и нагрузки, необходимо учитывать зависимость импеданса нагрузки от частоты. Импеданс (полное электрическое сопротивление) громкоговорителей имеет максимумы и минимумы.

В области средних частот он имеет минимум, равный примерно половине активного сопротивления звуковой катушки динамика, и максимум вблизи частоты резонанса подвижной системы.

Импеданс в зоне резонанса превышает номинальный в несколько раз. Увеличивается он и с ростом частоты — сказывается индуктивность обмотки звуковой катушки.

Рис. 2. График выходной мощности.

Для компенсации индуктивной составляющей импеданса применяется компенсатор Цобеля-Буше. Он представляет собой последовательную RC-цепь, подключаемую параллельно динамику. В результате импеданс нагрузки становится практически активным и не зависящим от частоты.

Емкость конденсатора определяется индуктивностью звуковой катушки динамика и в большинстве случаев составляет ~10-20 мкФ. Особенно оправдано включение компенсатора в состав пассивных разделительных фильтров — стабилизация нагрузки фильтра улучшает его частотную характеристику.

Рис. 3. Схема компенсатора Цобеля-Буше.

При воспроизведении реальных музыкальных сигналов, имеющих импульсный характер, за счет влияния нагрузки возникают значительные скачки тока и напряжения, приводящие к перегрузке выходного каскада усилителя.

За счет реактивных токов в цепи нагрузки мощность рассеяния в выходном каскаде может многократно превышать мощность, потребляемую усилителем от источника питания.

Емкость создает бросок тока, а индуктивность — выброс напряжения при резком изменении сигнала. Для испытаний усилителей в условиях, приближенных к реальным применяется стандартный эквивалент нагрузки. Схема в основном имитирует резонанс низкочастотных динамиков.

Рис. 4. Схема стандартного эквивалента нагрузки — громкоговорителя.

Отношение сигнал/шум

Пусть у вас дома стоит телевизор, который ловит аналоговое вещание. На экране телевизора мы видим четкую картинку:

Но вдруг антенна на крыше вашего дома из-за сильного ветра чуток отклонилась в сторону и изображение ухудшилось

Потом антенна вообще упала с крыши, и на телевизоре мы видим теперь что-то типа этого

В каком случае отношение сигнал/шум будет больше, а в каком меньше? На первой картинке, где четкое изображение, отношение сигнала к шуму будет очень большое, так как не первой картинке мы простым взглядом не можем уловить каких-либо помех на изображении, хотя по идее они есть).

На второй картинке мы видим, что в изображении появились помехи, которые делают некомфортным просмотр картинки. Здесь отношение сигнала к шуму  уже будет намного меньше, чем на первой картинке.

Ну и на третьей картинке шумы почти полностью одолели изображение. В этом случае можно сказать , что отношение сигнала к шуму будет ну очень малым.

Отношение сигнал/шум является количественной безразмерной величиной.

В аналоговой электронике для нормальной работы усилителя полезный сигнал должен в несколько раз превышать шумы, иначе это сильно скажется на качестве усиления, так как полезный сигнал суммируется с шумовым.

Отношение сигнал/шум в англоязычной литературе обозначается как SNR или S/N.

Так как порой это отношение достигает очень больших значений в цифрах, поэтому чаще всего его выражают в децибелах:

где

U_cигнал —  среднеквадратичное значение полезного сигнала, В

U_шум  — среднеквадратичное значение шумового сигнала, В

P_сигнал  — мощность сигнала

P_шум  — мощность шума

То есть в нашем случае с котиком на первой картинке амплитуда  полезного видеосигнала в разы превосходила амплитуду шума, поэтому первая картинка была четкой. На третьей картинке амплитуда полезного видеосигнала почти была равна амплитуде шума, поэтому картинка получилась очень зашумленной.

Еще один пример. Вот синусоидальный сигнал с SNR=10:

А вот тот же самый синус с SNR=3

Как вы могли заметить, сигнал с SNR=10 намного «чище», чем с SNR=3.

SNR чаще всего можно увидеть при описании характеристик усилителя звука. Чем выше SNR, тем лучше по качеству звучания будет усилитель. Для HI-FI систем звучания этот показатель должен быть от 90 дБ и выше.  Для телефонных разговоров вполне достаточно и 30 дБ.

На практике SNR измеряется на выходе усилителя с помощью милливольтметра с trueRMS, либо с помощью анализатора спектра.