Входная чувствительность усилителя что это

Как настроить усилитель (Gain, LPF, HPF)

Содержание:

Настройка усилителя | основы

Настройка усилителя для сабвуфера и остальной аудиосистемы может поставить новичка в тупик. Утонченная настройка — дело не простое и требует большого опыта или помощи профессионала.

На этой странице мы разберем основные, базовые настройки — чтобы у вас ничего не сгорело, сабвуфер не пытался отыгрывать скрипку и все было на своих местах.

HPF / LPF (ФВЧ / ФНЧ)

Hight pass filter (HPF), он же фильтр высоких частот (ФВЧ) — отфильтровывает (отсекает) низкие частоты, оставляя высокие.

При настройке сабвуферного усилителя установите регулятор примерно на 20 Hz, чтобы отсечь инфразвук и не тратить энергию, так как вы все равно его не услышите. Для среднечастотных динамиков HPF выставляется в районе 80 Hz, чтобы убрать диапазон низких частот, для которого динамик не предназначен и не сможет его отыграть. Если у вас выделены отдельные каналы или даже отдельный усилитель для твиттеров (пищалок) — HPF выставляется в районе 3000 — 5000 Hz в зависимости от модели, что бы не спалить их.

Все приведенные цифры являются примерными, для получения более точных и безопасных значений изучите характеристики ваших динамиков!

Low pass filter (LPF), он же фильтр низких частот (ФНЧ) — противоположен HPF и срезает верхние частоты, оставляя нижние.

Для сабвуферов устанавливается в районе 50-80 Hz в зависимости от типа оформления (ЗЯ, ФИ, и т.п.), чтобы отсечь частоты, для которых сабвуфер не предназначен. Аналогично и со среднечастотниками, для них режьте в районе 1400-1600 Hz.

Если есть возможность, то можно ограничить твиттеры на 20 000 Hz, но это не обязательно.

Gain \ Level

Gain (чувствительность) часто путают с громкостью, но это не совсем правильно.

Gain (гейн) — это регулировка входной чувствительности усилителя для согласования с магнитолой. Но не будем забираться в дебри и рассмотрим эту настройку с точки зрения полезной для пользователя.

Иногда значение Вольт (V) указанное на регуляторе может ввести в заблуждение. Дело в том, что чувствительность измеряется в Вольтах. Чем меньше V — тем выше чувствительность — тем громче будет играть динамик и наоборот.

Для начала будет полезно посмотреть понятое видео про то, как работает гейн на усилителе:

Настройка гейна на слух (1 способ)

Имея хорошее сабовое звено, не пользуйтесь эквалайзером и различными басовыми улучшайзерами, забудьте про bassboost на усилителе — поэтому перед настройкой гейна проверьте чтобы все это было отключено!

Установите регулятор на минимум и включите музыку, которую вы обычно слушаете. Прибавляйте громкость магнитолы на 3/4 от максимума, услышав искажения в звучании саба раньше — остановитесь и убавьте громкость на пару делений. Переходите к усилителю. Попросите помощника медленно прибавлять регулятор гейна до появления новых искажений, а услышав их, остановите вращение и убавьте на 10 %.

Настройка гейна на слух (2 способ)

Если вы не доверяете своему слуху и боитесь во время не услышать изменения, тогда воспользуйтесь более точным способом — с помощью синусов.

Если вы настраиваете сабвуфер, то используйте 40 Гц, в случае если ваш корпус настроен выше 40 Гц или у вас закрытый ящик, тогда берите 50 Гц, (скачать синусы в разделе Загрузки). Для настройки гейна для усилителя мидбаса возьмите 315 Гц.

Синус или тон (в нашем случае) — тоновый сигнал определенной частоты, изменения в звучании которого вы легко услышите

Установите гейн на минимум, включите ваш синус и прибавляйте громкость магнитолы. При изменении звучания тонового сигнала остановитесь и убавьте на пару делений (выставьте ограничение максимальной громкости на это значение, если в вашей магнитоле есть такая функция). Переходите к усилителю. Аналогично первому способу прибавляйте гейн. При изменении звучания остановитесь и убавьте на 10%.

Настройка гейна с помощью мультиметра или осциллографа

Настройка уровня гейна с помощью приборов является грамотным и точным согласованием. При этом не напрягается ни динамик ни ваши уши. Подробно о такой настройке показано в видео на нашем Ютуб канале:

Обратите внимание, что при настройке с помощью мультиметра вы должны быть уверены в мощности, заявленной производителем усилителя.

Subsonic

Subsonic — это тот же фильтр высоких частот (HPF) на сабовых усилителях (часто на моноблоках) — отрезает инфразвук. Устанавливайте его по умолчанию примерно на 20-25 Hz. При углубленной настройке, сабсоник выставляется для предотвращения чрезмерного хода диффузора. Поочередно включаются синусы ниже частоты настройки корпуса сабвуфера и по наблюдению за величиной хода диффузора выбирается нужное значение.

Bassboost

Bassboost — повышает громкость на определенной частоте, как правило это 40-45 Hz. При использовании басбуста шанс спалить сабвуфер резко повышается, так как клипп наступает значительно раньше. В большинстве случаев bassboost не нужен и если вы новичек, то просто примите правило «Басбуст не трогать!»

Опытными людьми он может использоваться для увеличения полки АЧХ, чтобы вытянуть провалы в определенных частотах, но это уже глубокие настройки и эффект не всегда оправдает риск.

X-over

X-over — переключатель фильтров. Присутствует в случае, когда у усилителя не предусмотрена регулировка для каждого фильтра в отдельности. HPF — режет снизу, LPF — режет сверху, Full / Flat — фильтры отключены.

Регулятор фазы (Phase)

Регулятор фазы — является частью углубленной настройки — меняет фазу динамика. Бывает фиксированный переключатель 0 / 180° и регулятор 0° — 180°. Читайте отдельную тему: Фаза сабвуфера — правильная настройка.

Master/Slave

Этот переключатель используется при мостовом подключения моноблоков. Master устанавливается на усилителе, к которому подходят RCA («тюльпаны») от магнитолы, Slave ставится на подсоединяемом моноблоке.

Видео

Читать еще:

Полезный материал? Поделитесь, если так:Нажмите кнопку, чтобы поделиться материалом:

Источник

Входная чувствительность усилителя что это

Каждое звено в цепи воспроизведения обладает своими особенными характеристиками, мы намерены указать их отдельно для акустики, усилителей (предварительного и мощности), проигрывателей (винила и компакт-дисков) и других источников и преобразователей сигнала.

Начнем с наиболее популярного и необходимого — предварительного усилителя. В английском он часто называется Line preamp, Control amp, Phono amp, Head amp, то есть аппарат, предназначенный для работы с различными источниками сигнала. Итак, рассмотрим его основные технические характеристики.

Характеристики предварительных усилителей:

Частотный диапазон
или полоса воспроизводимых частот
Frequency response

По входам Aux/Line указывается частотная характеристика с определенным спадом на краях. Например: Frequency resp. Line –0.5 dB, 2 Hz to 100 kHz; –3 dB 0.88 Hz and >200 kHz.

Суммарные гармонические искажения
Total Harmonic Distortion + Noise

Отношение сигнал/шум
S/N ratio (IHF, CCIR, IEC-A)

Чувствительность по входу
Input Sensitivity

Разделение между каналами
Channel separation

Могут употребляться другие термины: Stereo Separation, Crosstalk. Характеризует проникание сигнала из канала в канал, измеряется в децибелах. Как правило, разделение между каналами имеет тенденцию к уменьшению с ростом частоты, что приводит к ухудшению восприятия стереообраза на высоких частотах. Типичные значения для входов звукоснимателей на частоте 1 кГц — 80ё70дБ, на 20 кГц—50ё45дБ. По линейному входу этот показатель лучше на 10ё15дБ. Надо сказать, что у лучших головок звукоснимателей разделение между каналами на частоте 20 кГц достигает 30ё35 дБ, так что многие усилители с показателями, близкими к 35ё40 дБ, будут звучать плохо из-за потери локализации, глубины стереообраза, детальности на частотах выше 10 кГц. Пожалуй, чемпионом по этой характеристике может считаться American Hybrid Technology, имеющий в худшем случае 115 дБ!

Входной и выходной импедансы
Input/Output impedance

Для согласования с ММ-головками звукоснимателей предусилитель может иметь переключатель входного сопротивления, скажем, от 10 кОм до 47 кОм. МС головки рассчитаны на меньшее значение импеданса. Канадский усилитель Sonic Frontiers SFP-1, например, при штатном сопротивлении на входе ММ/МС 47 к, комплектуется набором резисторов от 10 Ом до 1 кОм для точного согласования с применяемой головкой. Однако это вряд ли удобно для владельца, который должен самостоятельно решить, какой резистор ему ставить, да еще сделать достаточно качественные пайки. Линейный вход, как правило, имеет входной импеданс не ниже 30 кОм. Меньшее сопротивление создаст сложности для компакт-проигрывателей, магнитофонов, тюнеров: так как их выход может быть не приспособлен для работы на низкое сопротивление, возможно сильное ослабление сигнала. Выходное сопротивление характеризует способность системы работать на низкоомную нагрузку, например, на входное сопротивление усилителя с длинным межблочным кабелем. Так например, английский Art Audio VP1 имеет выходное сопротивление 35 кОм, что с трехметровым кабелем к усилителю мощности и сопротивлением по входу 10 кОм даст затухание 7 дБ на 20 кГц! Поэтому, чем ниже выходное сопротивление предусилителя, тем лучше. Типичным значением можно считать 1 кОм на частоте 1 кГц.

Присутствие напряжения смещения на выходе
DC offset

Характеристика обязательная для высококачественной аппаратуры! Например, 50 мВ на выходе предусилителя, поданные на открытый вход усилителя мощности с усилением в 30 дБ, дадут на его выходе около 1.8 В постоянного напряжения! Конечно, такое напряжение не способно повредить акустическую систему (СЧ и ВЧ головки будут защищены фильтром, для НЧ головки такое напряжение не опасно), однако оно способно вызвать значительное смещение диффузора НЧ головки. В свою очередь это приведет к асимметрии расположения звуковой катушки в магнитном зазоре и увеличит искажения в НЧ области.

Техника высокого класса имеет балансные входы и выходы, что позволяет избежать проблем, возникающих с появлением постоянного напряжения на выходе предусилителя. Если у вас однотактный вход (разъем RCA) усилителя, а сам усилитель не имеет схемы, обеспечивающей отсутствие постоянного напряжения на выходе усилителя (DC servo), то при выборе предусилителя следует обратить внимание на этот параметр. Заметим, что величина смещения на выходе может быть разной у разных экземпляров одного и того же аппарата, однако цифра ±10мВ вполне допустима во всех случаях.

Приведенный перечень технических характеристик, конечно же, не исчерпывающий. Мы привели, на наш взгляд, основные, необходимые при оценке и выборе предварительного усилителя.

Характеристики усилителя мощности:

Выходная паспортная мощность
Power output, Rated power

Это главная характеристика усилителя. Измеряется в ваттах на синусоидальном сигнале при заданной нагрузке. Обычно указывается мощность при нагрузке 8 и 4 Ом. Однако на музыкальном сигнале сопротивление АС падает порой до 1 Ома. Поэтому невредно поинтересоваться у продавца, какую мощность усилитель может отдать на 2-х омной нагрузке. Если мощность усилителя указана 100 Вт/8 Ом и 200 Вт/4 Ом — это отличная мощная машина, которой не страшны даже самые низкоомные колонки. Однако дело не в цифрах 100, 200, 500, 1000. Если у усилителя даже 20 Вт/8 Ом и 40 Вт/4 Ом, это также хорошо. Важно, чтобы мощность возрастала вдвое при уменьшении нагрузки в 2 раза. Такой усилитель обладает большой перегрузочной способностью, и если вы поменяете акустику на более низкоомную, усилитель не подведет.

Иная картина с ламповыми усилителями. Здесь, как правило, имеется несколько выходов (выходной трансформатор имеет отводы на вторичной обмотке для подключения соответствующей нагрузки). Если ваша акустическая система имеет сопротивление 8 Ом, подключите ее на 8-омный выход, если 4 Ома — на 4-омный. При правильном подключении усилитель отдаст максимальную мощность, на которую он рассчитан.

Полоса частот, частотный диапазон на уровне –3дБ
(при мощности вдвое меньше паспортной)
Power bandwidth (–3dB point)

Кратковременное пиковое значение выходного тока (при нагрузке 1 Ом)
Peak output current

Характеризует мощность блока питания, надежность выходного каскада. У лучших транзисторных усилителей этот показатель порядка ± 30ё60А. Про такой усилитель можно сказать, что он управляет акустикой «железной рукой в бархатной перчатке». Хорошие ламповые усилители отдают в нагрузку ток порядка ± 10ё15А. Высокие значения выходного тока обеспечивают глубокий, плотный бас.

Характеристика искажений
Distortion

Могут указываться и гармонические и интермодуляционные. Чем меньше эта цифра в процентах или в децибелах, тем меньше искажений вносит в усиливаемый сигнал данный усилитель. Однако более важна не величина, а спектр продуктов искажения. Двухтактные усилители эффективно подавляют в выходном каскаде вторую гармонику, но при этом могут иметь длинный хвост из четных и нечетных гармоник. У однотактных ламповых гармоники значительно больше по уровню, но они быстро затухают и, как правило, выше пятой гармоники искажений в спектре нет.

Ламповая техника имеет несколько худшие показатели по искажениям, но уже упомянутый Audio Research V70, имея 1 % искажений на максимальной мощности 60 Вт, по свидетельству зарубежных экспертов, звучит прекрасно. Измерения гармонических искажений производят на разных частотах, как правило, 20Гц, 1кГц и 20кГц, и выходных мощностях 1VA, 2/3 паспортной и на максимальной паспортной. На крайних частотах и на максимальной мощности может наблюдаться значительное увеличение уровня искажений.

Входные импеданс и чувствительность
Input Impedance, Input Sensitivity

Выходное сопротивление
Output Impedance

Мощность источника питания. Энергия, запасенная в конденсаторах и индуктивностях фильтра.
Power supply capacitance. Energy storage.

Мы намеренно не привели такие характеристики, как отношение сигнал/шум, разделение между каналами, присутствие постоянного напряжения на выходе. Они по определению и измерению подобны приведенным выше у предусилителя. Рекомендуемые в данной статье пределы параметров не следует рассматривать как жесткие ограничения при выборе усилителей. Даже в усилителях высокого класса возможны отклонения одного-двух параметров от приведенных здесь диапазонов. Окончательный выбор должен определяться результатами прослушивания.

Если у вас возникнут вопросы по неотмеченным здесь характеристикам или собственные мнения, пишите в редакцию.

А. Белканов. АудиоМагазин №1 (1) 1994

Вас может заинтересовать:

Комментарии к статьям на сайте временно отключены по причине огромного количества спама.

При перепечатке материалов ссылка на первоисточник обязательна.

Источник

Назначение усилителей. Основные параметры электронных усилителей

Назначение усилителей

По назначению различают усилители напряжения, тока и мощности, по виду нагрузки — резисторные, резонансные, трансформаторные, дроссельные и т. д.
В зависимости от области рабочих частот усилители бывают, низкой (звуковой) частоты (от 20. 30 Гц до 20 кГц), высокой (свыше 100 кГц) и постоянного тока, предназначенные для усиления постоянных и медленно изменяющихся напряжений и токов.

Основные параметры электронных усилителей

Диапазон частот ΔF, в пределах которого коэффициент усиления уменьшается не более, чем в 0,7 раз от максимального значения, называют полосой пропускания усилителя.
По значению полосы пропускания усилители подразделяются на широкополосные и узкополосные.
Ширина полосы пропускания зависит от вида нагрузки.
Узкополосные усилители, в качестве коллекторной нагрузки обычно имеют колебательный контур и называются резонансными или избирательными.
Такие усилители широко применяются в супергетеродинных радиоприемниках для выделения из множества сигналов, принятых антенной, сигналов нужной радиостанции.
Входное сопротивление — сопротивление переменному току, протекающему между входными зажимами усилителя. Оно зависит от схемы усилителя, частоты переменного входного напряжения, его амплитуды и некоторых других факторов.
Выходное сопротивление характеризует внутреннее сопротивление усилителя переменному току.
От правильного выбора входного и выходного сопротивления во многом зависят входная и выходная мощность усилителя и работа всего устройства.
Коэффициент нелинейных искажений, называемый иногда коэффициентом гармоник, отображает уровень нелинейных искажений усилителя. Усилитель не является линейным элементом, поэтому при поступлении на его вход гармонического сигнала, изменяющегося с частотой f₁ в выходном сигнале возникнут дополнительные составляющие с частотами f₂=2f₁, f₃=3f₁ и т. д. Чем больше амплитуда этих дополнительных составляющих, тем выше коэффициент нелинейных искажений усилителя. Допустимая величина вносимых усилителем нелинейных искажений определяется назначением и областью применения усилителя.
Человеческое ухо представляет собой высококачественный анализатор спектра, сразу же обнаруживающий появление новых гармонических составляющих в выходном сигнале. Оно очень чувствительно даже к небольшим нелинейным искажениям. Поэтому в усилителях радиоаппаратуры высокого качества коэффициент нелинейных искажений не должен превышать 1. 2%.

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи

Источник

Основные параметры усилителя

Каждый электронщик должен знать основные параметры усилителя, так как усилитель в электронике используется абсолютно везде. В этой статье мы рассмотрим самые важные параметры усилителей.

Входное и выходное сопротивление

Кто в первый раз сталкивается с этими понятиями, читайте эту статью. Кому лень читать, вкратце объясню здесь из прошлой статьи. Каждый усилительный каскад имеем свое входное и выходное сопротивление. На схеме R_вх и R_вых

Немного иначе обстоят дела с выходным сопротивлением. В теории, можно замкнуть выходные клеммы 3 и 4 накоротко. В этом случае во выходной цепи усилителя у нас появится ток короткого замыкания I_кз

Выходное сопротивление усилителя можно найти двумя способами: теоретическим и практическим. Теоретический способ, часто сложен, поскольку неизвестны многие параметры «черного ящика», называемого усилителем. Проще определить выходное сопротивление практическим путем.

Как найти выходное сопротивление на практике

Если вы не забыли, мультиметр в этом случае нам покажет ЭДС E_вых , т. е. в данном случае E_вых = U_вых . (Что такое ЭДС).

Номинал нагрузочного сопротивления должен выбираться исходя из допустимого тока и мощности усилителя.

Выходная мощность усилителя 10 Вт, допустимое выходное напряжение (эффективное) 100 В. В этом случае, резистор нагрузки должен иметь сопротивление не менее R=U 2 /P = 10000/10 = 1 кОм. Мощность резистора: P_R = U 2 /R = 10000/1000 = 10 Вт

Какой же физический смысл этого опыта? В результате этих шагов, у нас цепь станет замкнутой, а два сопротивления, R_вых и R_н , образуют делитель напряжения. Сюда же можно приписать закон Ома для полной цепи, который выражается формулой:

I — сила тока в цепи, А

R — сопротивление нагрузки, Ом

r — внутреннее сопротивление источника ЭДС, Ом

Применительно к нашей ситуации, формула будет иметь такой вид:

Или словами, ЭДС равняется сумме падений напряжения на каждом сопротивлении.

Шаг номер 3: Замеряем напряжение на нагрузке U_Rн. Вспоминаем формулу выше:

Далее что нам требуется — это увеличивать входное напряжение и снимать выходное напряжение — так мы увидим всю нелинейность выходной характеристики от тока и сможем замерить выходное сопротивление в диапазоне нагрузок, так как большинство усилителей мощности имеют нелинейность выходного сопротивления от допустимого тока нагрузки.

Коэффициент усиления

Про коэффициенты усиления мы писали еще в прошлой статье.

Рабочий диапазон частот

Собственные шумы усилителя.

В электронике шумом называют беспорядочные колебания амплитуды сигнала, которые глушат полезный сигнал. Сюда же относятся разного рода помехи. Собственные шумы усилителя — это шумы, которые зарождаются как внутри самого усилителя, так и могут быть вызваны внешним источником помех, либо некачественным питанием усилителя. Давайте рассмотрим основные виды шумов усилителя.

Этот шум вызван некачественным питанием усилителя. Если источник питания собран на сетевом трансформаторе, то шум будет на частоте 100 Гц (2х50Гц, по схеме диодного моста). То есть на выходе такого усилителя мы услышим гудение, если подцепим к выходу динамик. Думаю, вы часто слышали такое выражение «что-то динамики фонят». Это все из этой серии.

Помехи и наводки

Это могут быть внешние источники, которые так или иначе действуют на усилитель. Это может быть наводка от сети 220 Вольт (очень часто ее можно увидеть, если просто прикоснуться к сигнальному щупу осциллографа), это также может быть какая-либо искра, которая образуется в свечах двигателей внутреннего сгорания.

Небольшое лирическое отступление. Помню, как смотрел диснеевские мультики по первому каналу, а через дорогу сосед пилил дрова с помощью бензопилы Дружба-2. Тогда на экране ТВ были такие помехи, что я про себя тихо материл соседа.

Ну а как же без грозовых разрядов? Благодаря электромагнитному импульсу у нас появилось такое изобретение, как радио.

К источникам помех можно также отнести радио- и ТВ-станции, рядом лежащее и стоящее электрооборудование, типа мощных коммутационных механических ключей, разрядников и тд.

Ну и конечно, это шум самих радиоэлементов. Сюда относится тепловой шум (джонсоновский), дробовой шум, а также фликкер-шум.

Наиболее существенными являются шумы, которые возникают на входе усилителя в самом первом каскаде. Этот шум в дальнейшем усиливается также, как и входной полезный сигнал. В результате на выходе усилителя у нас будет усилен как полезный сигнал, так и шумовой. Поэтому, при проектировании качественных усилителей стараются как можно сильнее минимизировать шум на входе первого каскада усилителя.

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.

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:

U_cигнал — среднеквадратичное значение полезного сигнала, В

U_шум — среднеквадратичное значение шумового сигнала, В

P_сигнал — мощность сигнала

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.

Амплитудная характеристика

Амплитудная характеристика усилителя — это зависимость амплитуды сигнала на выходе от входного сигнала при фиксированной частоте. Обычно она составляет 1 кГц.

Амплитудная характеристика идеального усилителя по идее должна выглядеть вот так:

Это луч, который начинается от нулевой точки отсчета координат и простирается в бесконечность.

Но на самом деле реальная амплитудная характеристика усилителя выглядит вот так:

Динамический диапазон усилителя

Динамический диапазон — это отношение максимально допустимого уровня выходного сигнала к его минимальному уровню, при котором обеспечивается заданное отношение сигнал/шум:

Чтобы понять концовку определения «обеспечивается заданное отношение сигнал/шум» динамического диапазона, давайте рассмотрим наш рисунок:

Допустим, наш усилитель должен иметь SNR=90 дБ. Будет ли правильно, если мы возьмем U_{вых мин} за U_шум?

Конечно же нет! В этом случае в этой точке на графике амплитуды сигнала и шума будут равны, а следовательно, по формуле

получим, что SNR=0 дБ.

Допустим, что U_шум =1 мкВ, подставляем в формулу

Из этого уравнения находим U_вых . Это будет как раз являться U_{вых. мин.} для формулы:

при SNR=90. В нашем случае это будет точка А.

U_{вых макс} берем в точке B, так как в этом случае это максимальное значение, при котором у нас в усилителе не возникают нелинейные искажения (о них чуть ниже).

Рабочая область усилителя будет обеспечиваться на отрезке АВ. В этом случае у нас будут минимальные искажения в сигнале, так как эта область линейная. Отношение максимально допустимого выходного сигнала к уровню шума — это предельный уровень динамического диапазона для аналогового усилителя.

Для усилителей звука выход за пределы этой рабочей области в большую сторону будет чреват нелинейными искажениями, а в меньшую — полезный сигнал задавят помехи. Да вы и сами, наверное замечали, что выкрутив на полную катушку ручку громкости дешевой китайской магнитолы, у нас качество звучания оставляло желать лучшего, так как в дело «вклинивались» нелинейные искажения.

Коэффициент полезного действия (КПД)

КПД представляет из себя отношение мощности на нагрузке усилителя к мощности, которая потребляется усилителем от источника питания

P_вых — это мощность на нагрузке, Вт

P_и.п. — мощность, потребляемая источником питания, Вт

Искажения, вносимые усилителем

Искажения определяют сравнением формы сигнала на входе и на выходе. Идеальным является усилитель, который в точности повторяет форму сигнала, поданного на вход. Но так как наш мир не идеален, и радиоэлементы тоже не идеальны, то и на выходе у нас сигнал будет всегда немного искаженный. Главное, чтобы эти искажения не были столь критичны.

В основном искажения делятся на 4 группы:

Частотные искажения

Частотные искажения возникают вследствие того, что коэффициент усиления во всем диапазоне частот не одинаковый. Или простыми словами, какие-то частоты усиливаются хорошо, а какие-то плохо). Чтобы в этом разобраться, достаточно посмотреть на АЧХ усилителя.

В данном случае мы можем увидеть, что низкие и высокие частоты будут усиливаться меньше, чем средние частоты. А так как сложный сигнал состоит из множества частотных составляющих, вследствие этого и возникнут частотные искажения.

Фазовые искажения

Фазовые искажения возникают из-за того, что разные частоты с разной задержкой по времени появляются на выходе усилителя. Какие-то частоты запаздывают больше, а какие-то меньше. Давайте все это рассмотрим на примере двух картинок.

Допустим, мы «загоняем» на вход синусоидальный сигнал с низкой частотой и на выходе получаем уже усиленный сигнал, но немного с небольшой задержкой.

Но также не забывайте, что катушки и конденсаторы являются частото-зависимыми радиоэлементами. Их реактивное сопротивление зависит от частоты сигнала, поэтому, прогоняя через усилитель сигнал с другой частотой, мы получим уже совсем другую задержку сигнала

То есть в нашем случае t₁ ≠ t₂ . Хорошо это или плохо? Если мы будем усиливать синусоиду, то в принципе нам по барабану. Какая разница раньше он появится на выходе или позже? Главное то, что сигнал будет усиленный.

Все бы ничего, но стоит помнить, что сложные сигналы состоят из суммы множества синусоид различных частот и амплитуд.

Чтобы понять, что такое сумма сигналов, достаточно рассмотреть вот такие примеры:

ну и еще один, мне не жалко)

Складываем амплитуды в одинаковые моменты времени и получаем сумму этих двух сигналов.

А вот так из разных синусоид разных частот складывается прямоугольный сигнал:

В данном случае мы пытаемся «собрать» прямоугольный сигнал из суммы синусоид разных амплитуд и частот.

Но так как у нас усилитель задерживает разные сигналы по частоте по-разному, то у нас между сигналами происходит разнобой. Лучше всего это объяснит рисунок ниже. Имеем два синусоидальных сигнала с разной частотой и амплитудой:

Если их сложить, получим сложный сигнал:

Но что будет, если второй сигнал сдвинется по фазе относительно первого?

Смотрим теперь сумму этих сигналов:

Абсолютно другой сигнал! Чувствуете разницу? Чуток сдвинули фазу, а форма сигнала уже поменялась.

То есть на выходе усилителя мы хотели получить вот такой усиленный сигнал:

В результате фазовых искажений наш сложный сигнал, состоящий из двух синусоид, поменял форму. На выходе усилителя мы получили совсем другой сигнал. А как вы помните, роль усилителя заключается в том, чтобы усиливать сигнал, сохраняя при этом его форму.

Фазо-частотная характеристика (ФЧХ) усилителя — это график зависимости угла сдвига фаз, вносимого усилителем, от частоты. Выглядеть она может примерно вот так:

φ — это сдвиг фазы относительно входного и выходного сигнала

f — частота сигнала

Человеческое ухо не замечает фазовых искажений, несмотря на то, что даже изменяется форма сигнала. Поэтому при проектировании звуковых усилителей фазовые искажения не принимают во внимание.

Частотные искажения и фазовые искажения относят к линейным искажениям, так как оба вида искажений обусловлены линейными элементами схемы. Если сказать по научному, у нас в спектре сигнала не появляется дополнительных гармоник.

Переходные искажения

Переходным искажением называют искажение прямоугольного импульса, которое подается на вход усилителя. На выходе такой импульс будет иметь уже другую форму, вызванную искажением сигнала внутри самого усилителя.

Для оценки переходных искажений используют переходную характеристику. Она представляет из себя зависимость напряжения или тока на выходе усилителя от времени от подачи на его вход прямоугольного импульса.

На рисунке ниже имеем прямоугольный сигнал, который подаем на вход усилителя, а на выходе усилителя уже будет искаженный усиленный сигнал. Это искажения вызваны, как обычно, с наличием в схеме усилителя реактивных радиоэлементов, то есть тех же самых катушек индуктивности и конденсаторов.

Для оценки переходных искажений используют такие параметры:

U_m — это амплитуда импульса, отсчитывается от плоской вершины импульса, В

ΔU_в — это выброс фронта импульса, В

Следующие два параметра измеряются в диапазоне от 0,1U_m и до 0,9U_m :

t_ф — длительность фронта импульса

t_c — длительность спада импульса

Нелинейные искажения

Ну и напоследок мы с вами разберем нелинейные искажения. Нелинейными она называются из-за того, что такие искажения уже меняют форму сигнала, в отличие от линейных искажений. Все дело в том, что электронные лампы и полупроводники имеют нелинейную характеристику. Давайте рассмотрим все это дело более подробно.

Как вы могли заметить, на выходе у нас форма сигнала изменилась. Нашу верхнюю часть синусоиды усиленного сигнала немного «придавило». То есть мы подавали сигнал одной формы, а вышел сигнал совсем другой формы. Это не есть хорошо и с этим надо бороться.

Если сказать более научным радиотехническим языком, в нашем сигнале появились дополнительные гармоники, которых не было в исходном сигнале. В данном случае мы на вход загоняли простой синусоидальный сигнал, состоящий из одной гармоники, а получили на выходе сложный сигнал, состоящий уже из нескольких гармоник.

Для количественной оценки нелинейных искажений используется коэффициент гармонических искажений (КГИ). Он выражается формулой:

Эта величина находится как отношение среднеквадратичного напряжения суммы высших гармоник сигнала, кроме первой, к напряжению первой гармоники при воздействии на вход усилителя синусоидального сигнала.

или на английский манер

Также есть и подобный параметр коэффициент нелинейных искажений (КНИ). Он выражается формулой:

на английский манер

Эти два параметра выражаются в процентах. Для малых значений коэффициенты КГИ и КНИ почти совпадают. Так что коэффициент искажений можно считать как по первой, так и по второй формуле.

Источник