Выбор УМЗЧ

Высококачественные усилители мощности звуковой частоты характеризуются широким диапазоном воспроизводимых частот, малой неравномерностью АЧХ и линейностью ФЧХ в этом диапазоне, низкими уровнями нелинейных искажений, шумов и фона, высокими перегрузочной способностью, скоростью нарастания выходного напряжения и стабильностью, хорошим демпфированием головок АС. Оптимальный диапазон воспроизводимых частот для высококачественного УЗЧ - от 20…30 до 18000…20000 Гц. Чтобы не возникали ограничения реального сигнала и связанные с этим интермодуляционные искажения, необходимо правильно выбрать уровень входного сигнала УМЗЧ. С учетом пикфактора (отношение пикового значения к среднему квадратичному) сигнала напряжение входного сигнала для неискаженного воспроизведения должно быть в 3 раза меньше максимального значения, при котором выходной синусоидальный сигнал еще не искажается. При этом средняя мощность на выходе УМЗЧ будет примерно равна 0,1 номинальной мощности [4]. Если учесть, что для озвучивания 1 м3 помещения необходима средняя электрическая энергия мощности около 0,1 Вт, то максимальная суммарная мощность должна составлять 0,12 Вт. Если стены помещения покрыты звукопоглощающим материалом, то необходимо номинальную мощность умножить на коэффициент 1,05…1,2. Для аудитории, имеющей размеры 15´5´2,5 м, объем аудитории составляет 187,5 м3, следовательно, для аудитории необходим усилитель с максимальной мощностью 187,5·0,12·1,1=25 Вт (здесь мы учли, что звукопоглощающий коэффициент для пластика составляет 1.1).

Высококачественный УМЗЧ обычно содержит два каскада усиления напряжения и выходной каскад - мощный эмиттерный повторитель (рис.3). Последние два каскада усилителя охвачены обратной связью через цепь R1C1R2C2, представляющую собой частотно-зависимый делитель напряжения. Второй каскад может быть охвачен обратной связью через конденсатор C3. Для подавления высокочастотных помех, на входе усилителя добавляется керамический конденсатор C0, емкостью 2…5 мкФ.

Рисунок 3 - Структурная схема УМЗЧ

Определим передаточную функцию УМЗЧ. Напряжение на выходе УМЗЧ определяется:

(10)

где Rн - выходное сопротивление УМЗЧ, численно равное сопротивлению, подключаемой к нему нагрузки. Согласно пункту 2.1 Rн=4 Ом.

По первому закону Кирхгофа, для узла "а" можно записать:

(11)

Для узла "b":

(12)

Падение напряжения U1 в цепи R1C1 определится следующим образом:

(13)

Перейдем к операторной форме записи:

(14)

Приравнивая выражения (11) и (12), и подставляя результат в (14) получим:

(15)

Напряжение на входе каскада предварительного усиления U0 выражается через напряжение U1:

(16)

где К1 - коэффициент усиления входного каскада УМЗЧ.

Передаточная функция УМЗЧ определится как отношение напряжения на выходе Uвых, к напряжению на входе Uвх:

(17)

Подставляя выражения (10), (15), (16) в (17) и учитывая конденсатор С2 на входе получаем общий вид передаточной функции УМЗЧ:

(18)

где - коэффициент усиления УМЗЧ;

- постоянная времени.

Рассчитаем k и Т.

Параметры цепи R1C1 выбирают так, чтобы на частоте f в области минимума модуля полного сопротивления громкоговорителя (100…200 Гц) напряжение обратной связи ослаблялось примерно на 3 дБ. При этом:

(19)

где R1 - сопротивление резистора, равное 2…5 кОм;

К3 - коэффициент выходного каскада УМЗЧ.

Выходной каскад должен обеспечить на заданной низкоомной нагрузке требуемую мощность сигнала при минимальных искажениях. Каскад имеет малое выходное сопротивление, что необходимо для хорошего электрического демпфирования подвижной системы динамической головки АС. Обычно коэффициент усиления выходного каскада составляет не более 5. Принимаем К3=2.

Пусть R1=5000 Ом, тогда емкость конденсатора С1 будет равна:

Выбираем конденсатор С1, емкостью 318,3 нФ.

Входной каскад УМЗЧ определяет постоянную составляющую выходного напряжения и стабильность усилителя. От схемотехнического решения этого каскада зависит максимальная скорость нарастания выходного напряжения и отношение сигнал/шум. Обычно входной каскад - дифференциальный. Напряжение сигнала, поданного на вход такого каскада составляет 0,2…0,3В. Коэффициент усиления выходного каскада должен быть возможно большим, поэтому входное сопротивление второго каскада должно быть достаточно высоким (для дифференциальных каскадов Rвх10 кОм). Для усилителей мощностью 20…30 Вт, коэффициент усиления входного каскада К1 составляет 200…300. Принимаем К1=3000.

Статья в тему

Демаскирующие признаки сигналов
Информационная безопасность, как и защита информации, задача комплексная, направленная на обеспечение безопасности, реализуемая внедрением системы безопасности. Проблема защиты информации является многоплановой и комплексной и охватывает ряд важных задач. Проблемы информационной безопасности постоя ...