Eng Ru
Отправить письмо

Могильщик Hi-End'a: Цифровые усилители. Цифровые усилители

$direct1

Цифровые усилители против аналоговых. Что лучше?

 

Цифровая техника постоянно развивается, и, наряду с этим развитием, в продаже появляется всё большее количество полностью цифровых усилителей. Это, в свою очередь, всё более остро ставит вопрос относительно того, какой тип усилителей всё таки лучше: цифровой или аналоговый. Абсолютное большинство заядлых аудиофилов и энтузиастов Hi-Fi аудио техники ответят на этот вопрос однозначно и не задумываясь - «конечно аналоговые лучше». Не будем спешить с выводами и попробуем во всём разобраться. Скажу сразу, что как бы мы не старались сопротивляться, всё равно за цифровой техникой будущее и до настоящего времени за ней было только будущее, но не настоящее, так как качество звука первых моделей цифровых усилителей было мягко говоря не самым хорошим. В настоящее время ситуация изменилась кардинальным образом.

В чём же принципиальная разница между цифровыми и аналоговыми усилителями? Аналоговый усилитель получает от источника сигнал в аналоговой форме, в виде переменного тока и напряжения, изменяющегося со звуковой частотой, усиливает его и передаёт на акустические системы. Цифровой усилитель работает только с цифровыми сигналами, он получает от источника сигнал в цифровой форме (в виде ноликов и единичек, а точнее в виде импульсов сигнал есть/нет), усиливает его и только после этого, перед непосредственной передачей на акустические системы, преобразует его в аналоговыю форму.

 

Усилитель Cary SLI 80

 

 

К сожалению, цифровые усилители до сих пор не получили широкого признания в среде аудиофилов, но, зачастую, незаслуженно. Подавляющее большинство аудиофилов, предпочитающих High-End стереосистемы, заранее отвергают цифровые усилители и даже не желают их прослушивать, основывая своё мнение, зачастую ошибочное, на критических журнальных статьях и мнениях «специалистов», большинство из которых даже отдалённо не представляют о чём говорят. Да, пожалуй, цифровые усилители нельзя назвать полностью идеальными, но ведь аналоговые аппараты тоже обладают своими недостатками.

Пожалуй единственным случаем, когда я полностью отверг бы идею использования цифрового усилителя в стереосистеме является случай, когда в качестве одного из источников используется проигрыватель виниловых пластинок (он же виниловый проигрыватель или LP-проигрыватель).

Ни для кого не секрет, что виниловый проигрыватель является стопроцентным аналоговым источником сигнала, также секретом не является то, что любая оцифровка сигнала приводит к некоторой потере звуковой информации, а именно: звук немного теряет свою «аналоговость» и величина этой потери напрямую зависит от качества аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей (digital-analog converter, он же DAC).

 

Справедливо замечу, что аналоговый звук является эталоном для записи (лучше аналоговой записи может быть только живое выступление музыкантов) и насколько бы не был совершенен цифро-аналоговый преобразователь, он неизбежно немного ухудшит звук (это может быть ничтожно малое ухудшение, которое многие возможно даже не заметят, но оно всё таки будет). А, как уже упоминалось ранее, цифровые усилители работают только с цифровыми сигналами, следовательно, если к нему подключить аналоговый LP-проигрыватель виниловых пластинок, то усилитель будет вынужден преобразовать его аналоговый сигнал в цифровой, с которым он в дальнейшем будет работать, а после усиления сигнал будет вновь преобразован в аналоговый и передан на акустические системы. Это двойное преобразование аналог-цифра-аналог не испортит звук, но сделает его похожим на звук с компакт диска, следовательно, Вы потеряете ту «аналоговость», ради которой скупали пластинки и потратили средства на приобретение качественного проигрывателя винила.

Что же касается воспроизведения CD, здесь оба усилителя конкурируют на равных и сейчас мы разберёмся почему. CD-диск, как таковой, несёт на себе запись в цифровой форме, значит заведомо не является аналоговым, значит та самая «аналоговость» звука уже потеряна на этапе оцифровки Вашей любимой музыки и записи её на диск. CD-проигрыватель считывает звуковую информацию в цифровой форме с диска, а встроенный или внешний цифро-аналоговый преобразователь преобразует её в аналоговую форму, при этом качество воспроизведения CD-диска напрямую зависит от качества считывания информации с поверхности компакт диска и точности преобразования её в аналоговую форму. Системы считывания в настоящее время уже почти достигли своей высшей точки развития, а цифро-аналоговые преобразователи продолжают развиваться.

 

Таким образом, если в CD-проигрывателе установлен некачественный цифро-аналоговый преобразователь, то некачественно преобразованный в аналоговую форму сигнал поступает с проигрывателя на аналоговый усилитель. Стоит отметить, что даже если аналоговый усилитель в данном случае будет самый лучший в мире, то он всё равно не сможет улучшить качество звука, он сможет лишь не ухудшить его, ведь идеальный усилитель должен только усиливать сигнал и не вносить в него даже малейших изменений. Таким образом, плохой цифро-аналоговый преобразователь, установленный в CD-проигрывателе станет причиной общего ухудшения качества звука, независимо от того, что мы выбрали лучший образец усилителя (аналоговый усилитель, в данном случае, не панацея, как видите).

 

 

Усилитель MOON i7

 

Давайте теперь представим принцип действия стереосистемы на основе связки «CD-проигрыватель + цифровой усилитель».

CD проигрыватель Roksan Caspian

Для того, чтобы нам ощутить все преимущества использования цифрового усилителя нам потребуется CD-проигрыватель с цифровыми выходами на задней панели (это разъёмы с которых можно получить сигнал в цифровой форме до того как встроенный цифро-аналоговый преобразователь преобразует его в аналоговую форму) или CD-проигрывателю предпочесть CD-транспорт, в котором цифро-аналоговый преобразователь в принципе отсутствует (зачем платить за цифро-аналоговый преобразователь встроенный в проигрыватель, если мы его не собираемся использовать при подключении к цифровому усилителю). После того как усилитель усиливает сигнал в цифровой форме при помощи встроенного цифро-аналогового преобразователя, он преобразует усиленный цифровой сигнал в аналоговую форму и передаёт его акустические системы.

Усилитель Roksan Caspian

 

Получается, что мы как бы отказываемся от «услуг» родного встроенного в CD-проигрыватель цифро-аналогового преобразователя в пользу цифро-аналогового преобразователя, установленного в цифровой усилитель (это позволит существенно повысить качество воспроизведения в случае если цифро-аналоговый преобразователь стоящий в цифровом усилителе лучше по качеству чем тот, что стоит в CD-проигрывателе или наоборот ухудшить, если ситуация обратная).

Справедливости ради замечу, что CD-проигрыватель к цифровому усилителю можно подключить и через аналоговые входы-выходы, но тогда теряется смысл использования цифрового усилителя, а многократное преобразование аналога в цифру и обратно не очень благотворно повлияет на звук. Прямое же подключение через цифровой кабель кардинальным образом уменьшает количество ненужных преобразований аналога в цифру и обратно и, соответственно, существенно снижается негативное влияние на звук.

Итак, если сравнить оба варианта (с аналоговым и с цифровым усилителем), то можно заметить, что основная разница, если не вдаваться в детали, заключается в том, что в случае использования аналогового усилителя цифро-аналоговый преобразователь находится перед усилителем, а в случае с цифровым усилителем цифро-аналоговый преобразователь находится после усилителя. И самое главное, что в обоих случаях звук был изначально оцифрован, а следовательно, и в одной системе и во второй та самая «аналоговость» уже отсутствует.

 

Основной вывод из вышесказанного: если цифро-аналоговый преобразователь, установленный в CD-проигрыватель лучше по качеству чем тот, который стоит в цифровом усилителе, то лучше предпочесть аналоговый усилитель, а если цифро-аналоговый преобразователь в цифровом усилителе превосходит по качеству аналогичный установленный в CD-проигрывателе, то цифровой усилитель - это лучший вариант для Вас.

 

У цифровых усилителей есть дополнительные достоинства и возможности в отличии от их аналоговых конкурентов - это цифровая обработка сигнала не ухудшающая качество звука, к примеру, любая обработка сигнала (регуляторы тембра и прочее) в аналоговом усилителе неизбежно негативно отразится на качестве звучания). В зависимости от производителя и модели цифрового усилителя виды обработки сигнала колеблятся от элементарной регулировки тембров и частот, до сложнейших алгоритмов по коррекции акустики помещения и амплитудно-частотных характеристик всей системы. Кроме того цифровые усилители самые экономичные по энергопотреблению, имеют самый высокий КПД, обладают внушительной мощностью, огромным коэффициентом демпфирования акустических систем и практически не нагреваются при работе. Но не забывайте, что окончательный выбор предстоит делать Вам после прослушивания.

 

Усилители в каталоге HIFI PROFI

hifi-profi.ru

Могильщик Hi-End'a: Цифровые усилители | Журнал Популярная Механика

Цифровые усилители покончат с субъективизмом в оценке качества звучания

Снова DVD-Audio против Super Audio CD Нет счастья в жизни. Внутри цифровые усилители устроены чуть поразному. Есть аппараты, работающие по принципу широтноимпульсной модуляции (ШИМ, или PWM), а есть так называемые «однобитные» (не путать с «однобитным ЦАП»!). В практическом смысле разницы между ними нет, просто первые ориентированы на воспроизведение DVD и DVD-Audio, а вторые — Super Audio CD. Но не думайте, что такие аппараты споткнутся на проигрывании «чужого» формата. Конечно, нет.

Аналоговое и цифровое усиление

Как мы уже выяснили (см. «ПМ» за июль 2003 года), большую часть своей жизни современная музыка проводит в цифровом виде. И только в самый последний момент, чтобы добраться до наших ушей, она становится колебаниями звука. Тут-то аудиофила и подстерегают основные расходы — усилители за десятки тысяч долларов не редкость. Но этому неотвратимо наступает конец. И имя ему — цифровые усилители, или усилители класса «D».

Вчера: аналог

Чтобы разобраться, как работает цифровой усилитель и в чем его отличие от классического аналогового прибора, посмотрим, что сегодня происходит со звуком по пути от источника к вашему уху. Источник звука может быть цифровым — CD, DVD, DVD-Audio, цифровое ТВ или радио, Super Audio CD (SACD), а может быть аналоговым — магнитофон, виниловая пластинка, обычная теле или радиопередача. Если источник звука цифровой, он преобразуется в аналоговый вид при помощи цифроаналогового преобразователя (ЦАП, или DAC). Как работает ЦАП? В общем, очень просто — там стоит процессор, который определяет, в какие моменты на выходе должно быть напряжение, а в какие — не должно. Получается «лесенка» напряжений, которую «сглаживают» разными способами, приводя к «правильной» синусоиде. Частично из-за сложности ЦАП аудиофильская аппаратура и стоит таких неприличных денег. Если же на вход пришел аналоговый сигнал, то преобразовывать его не нужно. Разве что чуть-чуть усилить (если это сигнал с винила), чтобы он приобрел «стандартное» значение 250 милливольт.

После преобразования цифрового сигнала в аналоговый, его усиливают так же, как и сто лет назад (первые ламповые усилители появились в 20-х годах прошлого века). В процессе усиления звук сильно искажается (так уж устроен мир), поэтому изготовители аппаратуры вынуждены идти на всяческие ухищрения, чтобы искажений этих избежать. Кто-то использует лампы — аудиофилы утверждают, что «они звучат чище». Кто-то переводит транзисторы в специальный «линейный» режим, при котором искажений мало. Но КПД такой схемы настолько низок, что до 90% энергии выделяется в виде тепла. Именно для отвода тепла транзисторы ставят на гигантские алюминиевые радиаторы.

Усиленный сигнал передается в акустические системы (в простонародье — «колонки»), которые представляют собой не что иное, как кусок бумаги, движением которого управляет электромагнит. Бумага эта создает колебания воздуха. Воздух воздействует на мембрану человеческого уха. Мембрана передает импульс нерву. Нерв доносит «звук» до нашего мозга. Вот, в общем, и все.

Сегодня: цифра

Теперь посмотрим, что же такое цифровой усилитель. Для цифрового усилителя «родным» является цифровой сигнал. Так что любой аналоговый сигнал, который подается ему на вход, немедленно преобразуется в цифру. После этого над сигналом производится цифровая обработка. Например, в таких аппаратах есть цифровой эквалайзер, ревербератор и т. п. Сигнал можно «разложить» на несколько каналов. После обработки наступает самое интересное. Как мы уже знаем, динамик — чаще всего лишь кусок бумаги с электромагнитом. И получение звука — это управление этим магнитом. Так вот, процессор в усилителе просто вычисляет, в какой момент и как надолго в колонку нужно отправить напряжение из блока питания, чтобы оно «раскачало» электромагнит. И все. Просто и гениально. Не нужны никакие дорогостоящие детали (процессор, используемый в таких устройствах, стоит меньше $100), не нужен отвод тепла (КПД у таких устройств приближается к 100%, потери только в электромагните, внутри колонки), не нужно вообще ничего. В результате устройство ценой $300−400 звучит не хуже, чем аналоговый монстр за десятки тысяч.

Внимательный читатель заметит, что мы только что снова описали принцип работы ЦАП. Правильно, ничего нового под Луной нет. Разница только в том, что в цифровом усилителе нет собственно схемы усиления и, благодаря инертности динамиков в колонках, нет нужды сглаживать «лесенки» напряжений. Тут уместно заметить, что форма сигнала, которую выдает цифровой усилитель, не похожа на синусоиду. Да это и не нужно — слушатель же воспринимает музыку, а не пялится в экран осциллографа.

Цифровые усилители уже вовсю продаются. По прогнозам, в 2003 году уже до 80% продаваемых музыкальных центров, ресиверов для домашнего кинотеатра и т. п. будут снабжены цифровой схемой усиления. Делают их такие монстры, как Sony, Panasonic, Sharp. А не за горами и корейцы.

Совершенно естественно, аудиофильская индустрия тут же выпустила «улучшенные» цифровые усилители, где форма сигнала «еще более правильная» — например, система DDX. Но я лично не верю, что кто-то способен уловить разницу. Ухом.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№8, Август 2003).

www.popmech.ru

Достойный встраиваемый цифровой усилитель НЧ своими руками за разумные деньги

Добрый день, Хабр!

Наша прошлая статья о DIY-аудиотехнике вызвала довольно большой резонанс и сегодня мы хотели бы рассказать о другой нашей разработке из области аудио — высококачественном УНЧ. Устройство было создано Олегом Тетушкиным для собственных нужд. Но в результате усилитель прижился в офисе. Собран, разумеется, из того, что плохо лежало было под рукой на складе. В данном случае он собран в самодельном корпусе. Но по сути, его можно встроить куда угодно — хоть в мебель. На что хватит фантазии.

В комментах к вышеупомянутой статье разгорелся спор о том, что можно и что нельзя называть HiFi или даже просто качественным. Поэтому хочется пояснить — определение «качественный» основывается исключительно на нашем чувстве прекрасного. Мы считаем, что звук данного усилителя вполне достойный и удовлетворит любого среднего человека. Хотя у аудиофилов может быть другое мнение по этому поводу.

Вот такой красавец должен получиться в результате

Что было использовано:

  • MP5613 — Цифровой усилитель D-класса мощностью 2 x 150 Вт. Технология PurePath HD.
  • MP5630I2 — Индикатор для мощного усилителя НЧ (стерео).
  • MP1054 – Светодинамический стрелочный индикатор уровня сигнала.
  • MP1231 — Аудиорегулятор 2 канала.
  • ESE150-24 – Блок питания. 150 Вт. 24 В.
  • SL-01H — Теплоотвод с вентилятором.
  • WP4-18FB — Kлеммник нажимной 4 контакта
  • Светодиоды 5мм – 7 шт.

Как это работает?

Для MP5613 был использован блок питания в 24В, следовательно, в нагрузку 4 ОМа будет отдаваться около 70 Ватт на канал. Результат — получаем 2*70 Ватт качественного звука PurePath.

На входе усилителя устанавливаются MP1231 (сборка на AD8402), для работы регулятором громкости и баланса стереоканалов, плюс MP5630I2, который используется в роли предварительного усилителя. После этого этапа стереосигнал идет на вход MP5613, и уже потом — на акустические системы. Что касается сигнала для светодинамического стрелочного индикатора, то его снимаем с выхода усилителя мощности, прямо с акустических систем.

Как это сделать?

Регулировка громкости на МР1231. Основная схема

Начинаем процесс с входного каскада MP1231 + MP5630I2.

Вначале потенциометр МР1231 подключаем сразу перед МР563012 (это показано на схеме. Чтобы добиться задуманного, на обратной стороне платы МР563012, сразу после RCA-разъема (рис.1 и 1.2) нужно перерезать сигнальные проводники на печатной платы, с зачисткой обоих проводников с двух сторон. Разрез делается для того, чтобы здесь можно было установить потенциометр. Важная деталь: обязательно нужно использовать экранированный провод для соединения потенциометра и предварительного усилителя. Подключать все элементы (наверное, об этом на Хабре можно не говорить) нужно в полном соответствии как с цветом, так и с маркировкой.

А питание на МР1231 подводится с МР563012. На рисунке 2 это показано:

Рис.1

Рис.1.2

Рис. 2

Комментарий: Для того, чтобы улучшить помехозащищенность системы (MP1231 всем хорош, кроме помехозащиненности), нужно немного доработать схему. Для решения проблемы необходимо выполнить четыре простых шага (показано на рис. 3):

  • Непосредственно к клеммам питания MP1231 вместе с подводящими проводниками зажать электролит на 1000 мкФ или больше.
  • Электролит на 470 мкФ подпаять параллельно конденсатору С4.
  • Корпус валкодера у MP1231 соединить с GND. Зачистить маску рядом с ножкой корпуса и пропаять.
  • Соединить GND MP1231 и GND драйвера усилителя толстым проводом можно даже оплеткой. Это нужно сделать потому что источник 12В установлен на драйвере. Как это лучше всего сделать показано на рис.4.

Корпус и вывод индикаторов на переднюю панель

Перед тем, как приступить к сборке корпуса, необходимо немного доработать усилитель МР5613 и индикатор МР563012. Доработка заключается в подпайке выводных каналов к платам, на проводах с длиной 10-12 сантиметров. Что касается плат конфигуратора, то здесь установлены СМД-светодиоды, 6 штук, которые индицируют состояние усилителя: температурные режимы (2), ошибка, готовность, перегрузка и сброс. После доработки все это можно вставить на переднюю панель устройства:

Кроме того, на обратной стороне платы конфигуратора нужно подпаять провод длиной 15-20 сантиметров. Провод подпаивается к одному из выходов (можно использовать любой) каждого канала, через пленочные конденсаторы 0.1 мкФ. Таким образом организовывается снятие сигнала на индикатор уровня.

Теперь приступаем к созданию корпуса

Его мы вырезали и склеили из листов вспененного ПВХ. Этот материал нам понравился тем, что его очень легко обработать, плюс можно клеить любым клеем для пластика. Такой материал легко красится. Здесь можно скачать фалы передней и фальш-панели (формат .lay).

Размеры деталей:

  • боковых стенок – 110 * 200
  • дна и крышки – 210 * 200
  • задней стенки – 210 * 100

Корпус мы решили покрасить краской из обычного баллончика. Переднюю панель покрасили под металл, а сам корпус — темно-зеленой (почти черной) краской. На корпусе крепим модули индикатора и регулятора, винтами М3.

Под зажимы акустики вырезаем отверстие под выключатель, плюс сверлим отверстия под зажиммы акустики.

Блок питания, что логично, ставим на длинную сторону.

Усилитель крепится на дно через стойки 5 мм. Переднюю панель закрепляем с помощью саморезов для дерева.

Комментарий. Для того, чтобы полностью исключить помехи от ШИМ модуляции выполняем следующие шаги:

  • Соединяем последовательно GND всех задействованных модулей либо толстым проводом, либо оплеткой;
  • Около разъемов питания каждого модуля прикрепляем электролиты по 1000 мкФ или больше.
Теперь можно подключать мощные колонки и радоваться качественному звуку.

Если есть желание, можно модернизировать дизайн конструкции. Вот видео с демонстрацией работы всего, что получилось:

Усилитель мы сделали довольно давно, и он до сих пор служит нам верой-правдой. Возможно, вы сможете посоветовать, как сделать конструкцию лучше? Усилитель получился отличный, но нет пределу совершенства, это уже давно известно.

Если кому-то захочется повторить наш путь и за выходные обзавестись очень приличным усилителем, вот здесь есть вся его электронная начинка. Что касается корпуса, то это — дело вкуса и наличия подсобного материала.

Ваш Мастер Кит

habr.com

DigisAudio: Цифровые усилители: «за» и «против»

Действительно, именно усилители долгое время оставались последним оплотом аналоговой схемотехники; но в последнее время «боевые действия» «цифры» на этом «фронте» заметно активизировались, и, кажется, участь аналоговой усилительной техники уже предрешена - она останется для массового слушателя антиквариатом да будет тешить самолюбие поклонников высокобюджетных hi-end решений. Желаем мы этого или нет, но сейчас ни у кого уже нет сомнений в том, что многолетний конфликт аналогового звука и «цифры» совсем скоро должен прийти к своему логическому завершению с практически полной победой цифровой техники на всех фронтах - в том числе и на фронте звукового усиления. Но смогут ли цифровые технологии усиления полностью победить аналоговые усилители уже сейчас?

Как работает аналоговый усилитель?

Давайте для начала рассмотрим, как выглядит процесс обработки звукового сигнала в обыкновенном усилителе, который, в общем, уместно называть аналоговым. Звук зарождается во внешнем источнике сигнала, которым может служить CD/DVD-плеер, кассетный магнитофон, тюнер или «вертушка» для виниловых дисков, - тип источника сигнала здесь не играет практически никакой роли; затем он попадает на входной каскад усилителя.

Поступающий сигнал анализируется, при необходимости в него вносятся какие-то коррективы (например, при помощи темброблока увеличивается насыщенность низких частот или, наоборот, высоких), а затем «масштабируется» посредством специальных аналоговых усилительных схем. Таким образом, получается «укрупненная копия» исходного сигнала, в недостижимом теоретическом идеале стопроцентно идентичная входящему сигналу во всем, кроме его амплитуды, которая готова для подачи на выходной каскад, чтобы направиться в акустические системы и разлиться там океаном столь желанного для нас звукового пространства. Вуаля! Весь процесс кажется простым, естественным и стройным. Но, как это часто бывает, все это красиво лишь в теории. А что же мы получаем на практике?

Оглянитесь вокруг! Присмотритесь к технике, которая вас окружает. Возможно, это никогда не приходило вам в голову, но почти вся аудио- и видеотехника вокруг вас - цифровая. Компьютер, телевизор (естественно, с цифровым гребенчатым фильтром изображения), DVD/CD/MPЗ-плеер, усилитель с колонками…

Ага, вот мы и добрались до островка «аналога» в этом океане «цифры». Но и усилители тоже постепенно становятся цифровыми.

На практике картина вырисовывается намного более сложная. Для более-менее достоверного звукоусиления с минимальными искажениями полезного сигнала требуется добиться внутри усилителя слаженной работы большого количества хорошо подобранных и грамотно настроенных аналоговых компонентов высокого качества. Их рабочие параметры не должны быть подвержены изменениям в зависимости от времени их собственного нагрева либо от каких-то паразитных шумов. (Согласитесь, было бы весьма странно прочитать в инструкции к аппарату фразу, подобную этой: «Качественная работа усилителя гарантирована не менее чем через полчаса после его включения и на протяжении не более трех часов его использования», - хотя она во многом соответствует действительности.) Это достигается лишь использованием дорогой схемотехники. Выход из строя или ухудшение параметров одного компонента моментально сказывается на качестве звука, временами - фатально. Также аналоговые звуковые компоненты сильно зависят от снабжения качественным электропитанием, которое во избежание наводок паразитных сигналов должно быть подано внутрь системы поистине виртуозно. 

С точки зрения коэффициента полезного действия и снижения искажений лучше, если усилитель работает в так называемом ключевом режиме, то есть напряжение на его выходе может принимать всего два значения. Но как тогда будет передаваться сложная форма сигнала?

Делается это следующим образом. Цифровой усилитель порциями подает на акустические системы энергию. Делается это импульсами различной ширины. Чем больше ширина импульса, тем больше энергии подается. При этом частота следования импульсов на два, а то и на три порядка отличается от максимальной частоты усиливаемого сигнала, что позволяет передавать самые тонкие нюансы звучания. Между усилителем и акустическими системами стоит специальный фильтр, который сглаживает импульсы, в виде которых подается энергия. В результате на динамики сигнал приходит уже не в импульсном, а в обычном, аналоговом виде.

Таким образом, на входе цифрового усилителя должно стоять некое устройство, которое преобразует значение аналогового сигнала в ширину импульса на выходе. Называется это принципом широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В принципе, ШИМ можно реализовать и аналоговым способом - такие усилители создавались еще в 70-х годах прошлого века, но качество звука у них было низким. Реализовать ШИМ без значительного ущерба для качества звука позволили только цифровые технологии. Сейчас в цифровых усилителях используются и некоторые другие, более сложные, чем ШИМ, принципы управления импульсами на выходе, которые позволяют добиться еще более высокой точности усиления. Но суть остается прежней — сигнал преобразуется в импульсы, которые усиливаются и пропускаются через сглаживающий фильтр, снова превращаясь в аналоговый сигнал.

Самое современное решение - преобразование в импульсы для цифрового усиления непосредственно информации, записанной на цифровом носителе. Такой подход позволяет обеспечить высокое качество звука. 

Раз уж мы выяснили, что собой представляет цифровое усиление и для чего оно нам нужно, давайте теперь посмотрим, как оно в настоящий момент представлено у «законодателей моды» аудиорынка.

Фирменная разработка компании Panasonic, например, носит название D.Sound (сокращение от Digital Sound - «цифровой звук») и является чем-то вроде «все в одном», где единственная микросхема отвечает за весь процесс усиления и частотной коррекции звука. Такая схема идеально подходит для создания миниатюрных аудиосистем, и линейка CD/МРЗ-плееров Panasonic D.Sound - отличный тому пример.

Заглянув под крышку одного из топовых Hi-Fi усилителей компании Sony - серий QX или ЕХ, - внутри мы обнаружим микросхему S-Master или S-Master PRO, ответственную за процесс цифрового усиления звука. Гордостью компании Sony также является и тот факт, что КПД данной микросхемы приближается к 90% - это означает, что на тепловую энергию расходуется всего лишь 10% потребляемой мощности, а вся остальная энергия тратится строго «по назначению».

Но самой интересной новинкой в сфере цифрового усиления, несомненно, является однобитный усилитель компании Sharp. Если попытаться сравнить его технические параметры с «метрикой» компакт-диска, то поначалу выбор однобитной схемы кажется странным по сравнению с 16 битами CD, но его главным отличием является огромная частота работы - 2,8 МГц против 44,1 кГц компакт-диска.

Для того чтобы лучше понять принцип его работы, стоит сказать пару слов еще об одной интереснейшей разработке, имеющей самое прямое отношение к однобитному цифровому усилению - новом флагманском формате записи аудио SACD (Super Audio Compact Disc). Как и оригинальный компакт-диск - CD, - этот формат был разработан совместными усилиями компаний Sony и Philips. Рекламный слоган SACD гласит: «Компакт-диск был отличной идеей, но эта - еще лучше!».

Главной особенностью нового формата является даже не высокая плотность записи носителя - фокус состоит в пересмотре самого подхода к принципу сохранения аудиоинформации. Если раньше, во времена компакт-дисков, вся поступающая цифровая информация должна была быть «отформатирована» отрезками по 16 бит с частотой 44,1 кГц, то сейчас отрезок уменьшили до 1 бита, а частота возросла до неимоверной отметки в 2,8 МГц. Впрочем, компания Sharp на этом не остановилась и недавно выпустила новую линейку аппаратуры, в которой тактовая частота еще повышена - до 5,6 МГц.

Справедливости ради стоит добавить, что однобитные цифроаналоговые преобразователи уже давно используются в дорогих CD-плеерах; но до сегодняшнего момента их потенциал не был раскрыт полностью и тратился на многопроходную «полировку» невысокого по нынешним меркам качества компакт-дисков.

Что же может измениться с переходом на цифровое усиление? Практически все! Начнем с предварительной обработки преобразованного в цифровое представление входящего сигнала. Как вы сами уже понимаете, сделать частотную коррекцию «в цифре» - раз плюнуть, для этого даже не требуется особо производительная микросхема. Попутно она может сделать дополнительную обработку сигнала для добавления эффекта «звука вокруг», либо применить к нему одну или несколько настроек эквалайзера. Дальше настает черед «масштабирования» звука, что в цифровом его представлении можно сделать намного более точно и с минимумом потерь, - и все, уже можно преобразовывать сигнал обратно в аналоговую форму и отправлять его на акустические системы. Большим плюсом здесь является также и то, что все компоненты усилительной схемы находятся внутри одной микросхемы - это увеличивает стабильность параметров и повышает надежность работы усилителя в целом. Впрочем, конструкция допускает большое количество разнообразных вариантов исполнения и если вам не нравится схема «все в одном», то можно построить цифровой усилитель и по схеме с несколькими раздельными компонентами. В любом случае по сравнению с аналоговыми компонентами микросхемы имеют завидно постоянные рабочие параметры, слабо подвержены влиянию паразитных шумов, снисходительно относятся к качеству электропитания (в разумных пределах, конечно), а также практически исключают влияние многих факторов, зачастую убивающих аналоговую технику наповал.
  • Доводы «против»
Конечно, не все так здорово. Есть минусы и у цифрового усиления. Во-первых, при работе с аналоговым источником звука наблюдается сильная зависимость качества звука от качества цифроаналоговых преобразователей, ответственных как за входящий, так и за исходящий сигнал. Даже если внутри усилителя будет идеально работать самая совершенная цифровая схема, низкокачественные аналогоцифро-вой и цифроаналоговый преобразователи (входной и выходной каскады, соответственно) могут свести на нет все титанические усилия по кропотливому созданию звука. Во-вторых, цифровые усилители пока что проигрывают лучшим аналоговым моделям в способности передавать резкие скачки сигнала, характерные для классической музыки. Впрочем, повышение тактовой частоты во многом решает эту проблему. Наконец, в-третьих, по мнению некоторых экспертов, хороший аналоговый усилитель звучит пока что более «живо», чем цифровой. Эта проблема может быть решена совершенствованием алгоритмов преобразования сигнала на входе в последовательность импульсов на выходе. Хотя трудно угодить всем, и, возможно, и в будущем останется немало слушателей, предпочитающих аналоговые усилители цифровым, как сейчас предпочитают «ламповый» звук… Попробуем подвести итог под вышесказанным: чем же цифровое усиление может быть интересно для нас, рядовых слушателей? Что оно несет конечному потребителю?

Тут можно начать с более строгого следования теории собственно звукоусиления: в полном соответствии с классической идеологией усиления сигнала, цифровые усилители предлагают нам минимум искажений полезного сигнала по сравнению с аналоговыми усилителями аналогичных классов, что, по идее, может примирить с «цифрой» даже пуристов звука.

Далее: так как все современные звуковые форматы (CD, DVD, SACD и новый Blu Ray) являются полностью цифровыми, было бы неразумно не воспользоваться преимуществами прямого цифрового усиления сигнала, без предварительного преобразования его в аналоговую форму с неизбежной деградацией качества (даже в предельно малых количествах) и возможными потерями каких-либо деталей звука. Представьте себе, насколько сильно это может изменить качество звука - в лучшую сторону, естественно!

Также существенным является тот факт, что размеры цифровых усилителей могут быть в разы меньше, чем у их громоздких аналоговых собратьев. Ведь их центральная часть - набор микросхем - практически не занимает места и может быть легко размещена в корпусе любой формы; вдобавок цифровой усилитель не нуждается в большом количестве вспомогательных электронных компонентов, необходимых его аналоговому «коллеге», что также положительно сказывается на его габаритах. Все это дает огромный простор для полета дизайнерской мысли и позволяет создавать поистине миниатюрные устройства с запоминающимся дизайном, не идя на компромисс в части качества звука.

Ну и не в последнюю очередь это вопрос цены. Сейчас, конечно, цифровые усилители дороже аналоговых, но это можно объяснить сравнительно малым объемом их производства. При крупносерийном производстве цифровые усилители обходятся дешевле аналоговых, поскольку для них требуется меньше ручных настроек. Согласитесь, что при прочих равных мы обычно выбираем не самое дорогое решение…

Таким образом, можно предположить, что в настоящее время главная сфера применения цифровых усилителей - аппаратура средней ценовой категории. Для очень дорогой аппаратуры цифровые усилители пока недостаточно популярны. Это связано как с тем, что технологии пока еще недостаточно «отшлифованы», так и с тем, что потребители очень дорогой аппаратуры весьма консервативны в своих пристрастиях. По мере развития технологии цифрового усиления будут захватывать и другие ценовые ниши. Так, крупносерийное производство цифровых усилителей даст возможность использовать их и в «бюджетной» аппаратуре. А совершенствование алгоритмов преобразования сигнала, наконец-то, позволит им завоевать сердца аудиофилов. В любом случае, именно цифровым усилителям принадлежит будущее.

digisaudio.blogspot.com

Цифровые гитарные усилители

цифровые моделирующие гитарные усилители

Приветствую Вас, читатели моего музыкального блога. Пусть Вас немного, но, как показывают мне средства сбора статистики, Вы все же есть. Это факт. Сегодня я хочу завершить повествование о видах гитарных усилителей. И последним нерассмотренным видом у нас остался цифровой гитарный усилитель. Приступим.

Все предыдущие виды гитарных усилителей: ламповые, транзисторные и гибридные работают с аналоговым звуком.  И в этом их ценность. Цифровой же усилитель построен на микросхемах, а это дает ему как преимущества, так и недостатки перед собратьями.

Основное отличие цифрового гитарного усилителя от других состоит в том, что аналоговый сигнал электрогитары, попадая в этот усилитель, моментально преобразуется в цифровой, то есть, подвергается обработке микросхемами. И, с одной стороны, это плохо, поскольку всеми любимый аналоговый звук утерян. А с другой стороны, с цифрой мы приобретаем что-то новое.

Цифровые усилители еще называют моделирующими. Это означает, что такие усилители способны моделировать звук, например, воспроизводить звук известных ламповых усилителей, или же применять для обработки звука всевозможные гитарные эффекты. Кстати, и схемы звучания усилителей, и схемы всех известных гитарных эффектов уже входят в комплект цифрового усилителя. И действительно, какая для него разница, одной микросхемой больше, одной меньше. Но зато счастливый обладатель такого усилителя какое-то время может не думать о приобретении отдельных педалей или процессоров эффектов. Все это он и так получает, заплатив всего-то за один усилитель. Согласитесь, экономия существенная, ведь, в отличие от цифры, ламповые и транзисторные усилители способны выдавать либо только чистый звук (clean) либо перегруженный (distortion).

Цифровые усилители идеальны для дома. Это Вам и супер компактные размеры, и все эффекты и усилитель в одной коробке, и небольшая мощность, и возможность играть в наушниках, и возможность подключаться к компьютеру, и… да много еще всего полезного.

Однако же, удел цифры – это, скорее, домашнее музицирование. Использовать его на сцене я бы не рекомендовал. На больших площадках, с серьезной звукоусиливающей аппаратурой цифровые усилители могут значительно уступать по звуку даже транзисторам.

И, традиционно, гитаристы старой школы относятся к этим новинкам с изрядной долей презрения. Ну, оно и понятно. Они же играют исключительно на лампе. К чему и нам с Вами нужно стремиться. На этом тему гитарного усиления можно считать закрытой, но, не переключайте канал, дальше будет только интереснее.

Другие статьи в этом разделе:

Виды гитарных усилителей

Ламповые гитарные усилители

Транзисторные гитарные усилители

Гибридные гитарные усилители

www.fxguitar.ru

Усилители

Усилитель – крайне важный компонент стереосистемы, отвечающий за усиление сигналов поступающих от источников подключённых к усилителю, коммутацию подключённых источников, регулировку громкости и передачу усиленного сигнала на акустические системы для его воспроизведения. В зависимости от уровня и конструкции все усилители можно разделить на одноблочные (интегральные), двухблочные (комбинация предусилитель и усилитель мощности), трёхблочный (комбинация из предварительного и двух моноблочных усилителей).

 

В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные усилители, в состав которых входят как транзисторы, так и лампы. Усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А», «В», «АВ», «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Разновидностей усилительной техники очень много и каждое техническое решение имеет свои достоинства и недостатки, но не стоит отчаиваться, специалисты салона HIFI PROFI помогут подобрать для Вас наилучший вариант, который позволит Вам долгие годы наслаждаться любимой музыкой.

 

Интегральный усилительИнтегральный усилитель – это усилитель, все функциональные блоки которого размещены в одном корпусе, включая все органы управления, предусилительную часть и усилитель мощности.

В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные интегральные усилители, в состав которых входят как транзисторы так и лампы. Интегральные усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А» «В» «АВ» «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Интегральные усилители наиболее доступны по цене и удобны в подключении.

 

 

Предварительный усилительПредварительный усилитель – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за начальное усиление слабых сигналов поступающих от источников, их коммутацию и регулировку громкости. Каскады усиления в предварительном усилителе поднимают уровень сигнала (усиливают) до такого его значения, чтобы усилитель мощности смог воспринять его.

 

Предусилитель используется в комплекте с усилителем мощности или моноблочными усилителями мощности, а также с активными акустическими системами, имеющими собственный встроенный усилитель. В зависимости от применяемых усилительных элементом предусилители бывают транзисторными и ламповыми.

 

Усилитель мощностиУсилитель мощности – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за усиление сигнала, поступающего от предварительного усилителя и его дальнейшую передачу на акустические системы.

 

Главная цель усилителя мощности - усилить сигнал до значения, которое позволит подключённым акустическим системам воспроизвести его с достаточной громкостью. Усилители мощности, как правило, не имеют каких-либо настроек, в том числе не имеют и регулировки громкости, так как все регулировки производятся с подключённого к усилителю мощности предусилителя. Усилители мощности также бывают как транзисторными, так и ламповыми.

 

Моноблочный усилительМоноблочный усилитель (моноблок) – это усилитель мощности, рассчитанный на усиление только одного канала звука (только левого или только правого, таким образом для стереосистемы требуется два моноблочных усилителя). Моноблоки подключаются к предварительному усилителю, от которого получают сигнал для усиления. Моноблоки бывают как транзисторными, так и ламповыми.

 

Система из предусилителя и двух моноблочных усилителей мощности при прочих равных характеристиках облает гораздо более качественным звучанием, чем интегральный усилитель и даже комбинация предварительного усилителя с усилителем мощности. По сути данная система является, в некотором смысле, эталонной. Основным достоинством моноблочных усилителей является потрясающе чёткая и правильная стереокартина, практически недостижимая всем прочим видам усилителей.

 

Ламповый усилительЛамповый усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении радиоламп в качестве усилительных элементов. Как правило, ламповые усилители менее мощные чем транзисторные. Схемы ламповых усилителей, по сравнению с аналогичными транзисторными, являются более простыми и задействуют меньшее количество деталей. Характер искажений, вносимых ламповыми схемами в сигнал, существенно менее заметен для человеческого слуха.

 

Ламповые усилители характеризуются более «тёплым» и «мягким» звучанием с натуральным воспроизведением средних и высоких частот. Недостатком является немного легковесные, затянутые и расплывчатые басы, особенно при неудачном подборе акустики. Ламповый усилитель будет хорошим выбором для любителей джаза, вокала, классики, вообщем той музыки, в которой динамичные, глубокие и мощные басы не используются. Скажем так, цифровые басы клубной музыки являются слабой стороной лампового усилителя.

 

Транзисторный усилительТранзисторный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении транзисторов в качестве усилительных элементов. Как правило, транзисторные усилители мощнее, чем ламповые и создают меньше трудностей при подборе акустики.

 

Транзисторные аппараты обладают мощными, глубокими басами и детальным воспроизведением средних и высоких частот, но при неудачном исполнении транзисторных схем,  детальность может обернуться "звоном" и "зернистостью" высоких частот, что, в свою очередь, может утомлять слушателя. Транзисторный усилитель будет хорошом выбором для любителей клубной и электронной музыки, современного рока и прочих жанров, где часто используется глубокий и мощный бас.

 

Гибридный усилительГибридный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на одновременном применении радиоламп и транзисторов в качестве усилительных элементов. Целью проектировщиков гибридных усилителей является сочетание в одном аппарате преимуществ как ламп, так и транзисторов (т.е. стремление взять лучшее от каждой технологии) и, за счёт этого, минимизировать их взаимные недостатки и, тем самым, сделать усилитель универсальным для воспроизведения любого стиля музыки.

 

Как правило, лампы применяются в предварительной части усилителя, а транзисторы в выходных каскадах, где они усиливают мощность сигнала перед передачей его на акустические системы. Хорошо сконструированные гибридные усилители являются весьма универсальными и не выделяют явных жанровых предпочтений.

 

Выносной блок питанияВыносной блок питания – Часть усилителя, вынесенная в отдельный корпус и отвечающая за питание всех его схем. Состоит из трансформатора и блока конденсаторов. В большинстве случаев блок питания делают встроенным, но часть производителей в топовых моделях своих усилителей предпочитают выносить его за пределы общего корпуса, так как блок питания - это один из основных источников помех.

 

Происходит это, потому что электромагнитное поле трансформатора и его вибрации оказывают негативное воздействие на внутренние схемы усилителя, создавая дополнительные помехи. Иногда выносной блок питания используется для модернизации усилителя, уже имеющего свой встроенный.

 

Усилитель типа «двойное моно»Усилитель типа «двойное моно» - это усилитель, каналы усиления которого (левый и правый) выполнены полностью автономно и независимо друг от друга, даже трансформатор блока питания у каждого канала свой.

Получается, что внутри одного корпуса размещаются два независимых друг от друга усилителя, каждый для своего канала усиления. Усилитель типа «двойное моно» - это золотая середина между интегральными и моноблочными усилителями.

 

 

Аналоговый усилительАналоговый усилитель – это усилитель, работающий исключительно с сигналами в аналоговой форме и являющийся самым распространённым видом усилителей. К аналоговому усилителю можно подключить источник цифрового сигнала, например, CD-проигрыватель, но имеющий либо встроенный, либо внешний цифро-аналоговый преобразователь. На данный момент аналоговые усилители местами превосходят цифровые по качеству звучания, но зачастую уступают им в функциональности и возможностях.

 

 

Усилитель класса «D»Усилитель класса «D» (цифровой усилитель) – это усилитель, работающий только с сигналом в цифровой форме. Как правило, цифровые усилители получают сигнал напрямую с CD-транспорта или с цифровых выходов CD-проигрывателя. Сигнал проходит процесс усиления, постоянно находясь в цифровом виде, а перед подачей его на акустические системы, встроенный в усилитель цифро-аналоговый преобразователь раскодирует его в аналоговую форму.

 

Некоторые цифровые усилители способны получать от источника сигнал в аналоговой форме и после этого сами преобразуют его в цифровой, но это не лучший вариант его использования, так как многократное превращение сигнала из аналога в цифру и обратно крайне негативно сказывается на качестве звучания. Цифровые усилители более экономичны в энергопотреблении, чем аналоговые и обладают лучшими показателями соотношения сигнал/шум. Особенный интерес представляют цифровые усилители со встроенными DSP-процессорами, позволяющими корректировать акустику помещения и обладающие множеством других полезных функций.

 

Единственным существенным недостатком является тот факт, что и цифровых усилителей, обладающих по настоящему аудиофильским качеством звучания, в настоящее время чрезвычайно мало, да и по качеству звука они ещё пока уступают лучшим образцам аналоговых аппаратов.

 

 

Усилитель класса «А»Усилитель класса «А» (однотактный усилитель) - это усилитель, у которого один усилительный элемент (лампа или транзистор) усиливает обе полуволны сигнала (положительную и отрицательную). Таким образом, каждый последующий усилительный каскад построен на базе только одной лампы или транзистора. Использование только одного усилительного элемента для обеих полуволн сигнала устраняет необходимость точной состыковки положительной и отрицательной волн от двух разных элементов, как происходит в усилителях класса «АВ», таким образом усилители класса «А» не обладают таким видом искажения сигнала как «центральная отсечка», свойственного некоторым усилителям класса «АВ».

 

Усилители класса «А» в силу специфики своей конструкции имеют меньший КПД по энергопотреблению и достаточно сильно греются даже в отсутствие сигнала. Вдобавок ко всему, усилители класса "А" в два раза менее мощные по сравнению с аналогичными усилителями класса «АВ», что немного затрудняет их работу с акустическими системами, обладающими низкой чувствительностью. Хотя всё это мелочи по сравнению с волшебным звучанием, которое создает однотактный усилитель.

 

Усилитель класса «АВ»Усилитель класса «АВ» (двухтактный усилитель) - это усилитель, в каждом последующем каскаде усиления которого за усиление положительных и отрицательных полуволн отвечают разные усилительные элементы (один за положительную полуволну, другой за отрицательную).

Усилители класса «АВ» более экономичны в энергопотреблении и обладают большим КПД по сравнению с усилителями класса «А», а также меньше греются во время работы. По сравнению с классом «А», класс «АВ», как правило, обладает вдвое большей мощностью и легче поддаётся подбору акустики. Неудачно сконструированный усилитель класса «АВ» может обладать искажением сигнала, называемым «центральная отсечка», возникающим из-за неточной состыковки работы усилительных элементов, отвечающих за разные полуволны.

 

Усилители в каталоге HIFI PROFI

hifi-profi.ru

Электронный усилитель - это... Что такое Электронный усилитель?

Электронный усилитель — усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой-либо аппаратуры — радиоприёмника, магнитофона, измерительного прибора и т. д.

История

  • 1904 год — Ли де Форест на основе созданной им электронной лампы — триода разработал устройство усиления электрических сигналов (усилитель), состоящий из нелинейного элемента (лампы) и статического сопротивления Ra, включенного в анодную цепь.
  • 1932 год — Гарри Найквист определил условия устойчивости (способности работать без самовозбуждения) усилителей, охваченных отрицательной обратной связью.
  • 1942 год — в США построен первый операционный усилитель — усилитель постоянного тока с симметричным (дифференциальным) входом и значительным собственным коэффициентом усиления (более 1000) как самостоятельное изделие. Основным назначением данного класса усилителей стало его использование в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения математических операций над электрическими сигналами. Отсюда его первоначальное название — решающий.

Устройство и принцип действия

УНЧ с обратной связью. Типичная схема

Структура усилителя

  • Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления (бывают и однокаскадные усилители), соединённых между собой прямыми связями
  • В большинстве усилителей кроме прямых присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные). Отрицательные обратные связи позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала. В некоторых случаях обратные связи включают термозависимые элементы (термисторы, позисторы) — для температурной стабилизации усилителя или частотнозависимые элементы — для выравнивания частотной характеристики
  • Некоторые усилители (обычно УВЧ радиоприёмных и радиопередающих устройств) оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ). Эти системы позволяют поддерживать приблизительно постоянный средний уровень выходного сигнала при изменениях уровня входного сигнала.
  • Между каскадами усилителя, а также в его входных и выходных цепях, могут включаться аттенюаторы или потенциометры — для регулировки усиления, фильтры — для формирования заданной частотной характеристики и различные функциональные устройства — нелинейные и др.
  • Как и в любом активном устройстве в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания.

Каскады усиления

  • Каскад усиления — ступень усилителя, содержащая один или несколько усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями.
  • В качестве усилительных элементов обычно используются электронные лампы или транзисторы (биполярные, полевые), иногда, в некоторых специальных случаях, могут применяться и двухполюсники, например, туннельные диоды (используется свойство отрицательного сопротивления) и др. Полупроводниковые усилительные элементы (а иногда и вакуумные) могут быть не только дискретными (отдельными) но и интегральными (в составе микросхем), часто в одной микросхеме реализуется полностью законченный усилитель.
  • В зависимости от способа включения усилительного элемента различаются каскады с общей базой, общим эмиттером, общим коллектором (эмиттерный повторитель) (у биполярного транзистора), с общим затвором, общим истоком, общим стоком (истоковый повторитель) (у полевого транзистора) и с общей сеткой, общим катодом, общим анодом (у ламп)
    • Каскад с общим эмиттером (истоком, катодом) — наиболее распространённый способ включения, позволяет усиливать сигнал по току и напряжению одновременно, сдвигает фазу на 180°, то есть является инвертирующим.
    • Каскад с общей базой (затвором, сеткой) — усиливает только по напряжению, применяется редко, является наиболее высокочастотным, фазу не сдвигает.
    • Каскад с общим коллектором (стоком, анодом) — называется также повторителем (эмиттерным, истоковым, катодным), усиливает ток, оставляя напряжение сигнала равным исходному. Применяется в качестве буферного усилителя. Важными свойствами повторителя являются его высокое входное и низкое выходное сопротивления, фазу не сдвигает.
    • Каскад с распределенной нагрузкой — каскад, занимающий промежуточное положение между схемой включения с общим эмиттером и общим коллектором. Как вариант каскада с распределенной нагрузкой, выходной каскад усилителя мощности «двухподвес». Важными свойствами являются задаваемый элементами схемы фиксированный коэффициент усиления по напряжению и низкие нелинейные искажения. Выходной сигнал дифференциальный.
  • Каскодный усилитель — усилитель, содержащий два активных элемента, первый из которых включен по схеме с общим эмиттером (истоком, катодом), а второй — по схеме с общей базой (затвором, сеткой). Каскодный усилитель обладает повышенной стабильностью работы и малой входной ёмкостью. Название усилителя произошло от словосочетания «КАСКад через катОД» (англ. CASCade to cathODE)[1]
  • Каскады усиления могут быть однотактными и двухтактными.
    • Однотактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает во входную цепь одного усилительного элемента или одной группы элементов, соединённых параллельно.
    • Двухтактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает одновременно во входные цепи двух усилительных элементов или двух групп усилительных элементов, соединённых параллельно, со сдвигом по фазе на 180°.

Режимы (классы) мощных усилительных каскадов

  • Особенности выбора режима мощных каскадов связаны с задачами повышения экономичности питания и уменьшения нелинейных искажений.
  • В зависимости от способа размещения начальной рабочей точки усилительного прибора на статических и динамических характеристиках различают следующие режимы усиления
  • Режим B, двухтактный каскад

  • Углы отсечки полуволны сигнала в различных режимах

Классификация

Аналоговые усилители и цифровые усилители

  • В аналоговых усилителях аналоговый входной сигнал без цифрового преобразования усиливается аналоговыми усилительными каскадами. Выходной аналоговый сигнал без цифрового преобразования подаётся на аналоговую нагрузку.
  • В цифровых усилителях, после аналогового усиления входного аналогового сигнала аналоговыми усилительными каскадами до величины достаточной для аналого-цифрового преобразования аналого-цифровым преобразователем (АЦП, ADC) происходит аналого-цифровое преобразование аналоговой величины (напряжения) в цифровую величину — число (код), соответствующий величине напряжения входного аналогового сигнала. Цифровая величина (число, код) либо непосредственно подаётся через буферные управляющие усилительные каскады на цифровое выходное исполнительное устройство, либо подаётся на мощный цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, DAC) мощный аналоговый выходной сигнал которого подаётся на аналоговое выходное исполнительное устройство.

Виды усилителей по элементной базе

  • Ламповый усилитель — усилитель, усилительными элементами которого служат электронные лампы
  • Полупроводниковый усилитель — усилитель, усилительными элементами которого служат полупроводниковые приборы (транзисторы, микросхемы и др.)
  • Гибридный усилитель — усилитель, часть каскадов которого собрана на лампах, часть — на полупроводниках
  • Квантовый усилитель — устройство для усиления электромагнитных волн за счёт вынужденного излучения возбуждённых атомов, молекул или ионов.

Виды усилителей по диапазону частот

  • Усилитель постоянного тока (УПТ) — усилитель медленно меняющихся входных напряжений или токов, нижняя граничная частота которых равна нулю. Применяется в автоматике, измерительной и аналоговой вычислительной технике.
  • Усилитель низкой частоты (УНЧ, усилитель звуковой частоты, УЗЧ) — усилитель, предназначенный для работы в области звукового диапазона частот (иногда также и нижней части ультразвукового, до 200 кГц). Используется преимущественно в технике звукозаписи, звуковоспроизведения, а также в автоматике, измерительной и аналоговой вычислительной технике.
  • Усилитель высокой частоты (УВЧ, усилитель радиочастоты, УРЧ) — усилитель сигналов на частотах радиодиапазона. Применяется преимущественно в радиоприёмных и радиопередающих устройствах в радиосвязи, радио- и телевизионного вещания, радиолокации, радионавигации и радиоастрономии, а также в измерительной технике и автоматике
  • Импульсный усилитель — усилитель, предназначенный для усиления импульсов тока или напряжения с минимальными искажениями их формы. Входной сигнал изменяется настолько быстро, что переходные процессы в усилителе являются определяющими при нахождении формы сигнала на выходе. Основной характеристикой является импульсная передаточная характеристика усилителя. Импульсные усилители имеют очень большую полосу пропускания: верхняя граничная частота нескольких сотен килогерц — нескольких мегагерц, нижняя граничная частота обычно от нуля герц, но иногда от нескольких десятков герц, в этом случае постоянная составляющая на выходе усилителя восстанавливается искусственно. Для точной передачи формы импульсов усилители должны иметь очень малые фазовые и динамические искажения. Поскольку, как правило, входное напряжение в таких усилителях снимается с широтно-импульсных модуляторов (ШИМ), выходная мощность которых составляет десятки милливатт, то они должны иметь очень большой коэффициент усиления по мощности. Применяются в импульсных устройствах радиолокации, радионавигации, автоматики и измерительной техники.

Виды усилителей по полосе частот

  • Широкополосный (апериодический) усилитель — усилитель, дающий одинаковое усиление в широком диапазоне частот
  • Полосовой усилитель — усилитель, работающий при фиксированной средней частоте спектра сигнала и приблизительно одинаково усиливающий сигнал в заданной полосе частот
  • Селективный усилитель — усилитель, у которого коэффициент усиления максимален в узком диапазоне частот и минимален за его пределами

Виды усилителей по типу нагрузки

  • с резистивной;
  • с ёмкостной;
  • с индуктивной;
  • с резонансной.

Специальные виды усилителей

  • Дифференциальный усилитель — усилитель, выходной сигнал которого пропорционален разности двух входных сигналов, имеет два входа и, как правило, симметричный выход.
  • Операционный усилитель — многокаскадный усилитель постоянного тока с большими коэффициентом усиления и входным сопротивлением, дифференциальным входом и несимметричным выходом с малым выходным сопротивлением, предназначенный для работы в устройствах с глубокой отрицательной обратной связью.
  • Инструментальный усилитель — предназначен для задач, требующих прецизионного усиления с высокой точностью передачи сигнала
  • Масштабный усилитель — усилитель, изменяющий уровень аналового сигнала в заданное число раз с высокой точностью
  • Логарифмический усилитель — усилитель, выходной сигнал которого приблизительно пропорционален логарифму входного сигнала
  • Квадратичный усилитель — усилитель, выходной сигнал которого приблизительно пропорционален квадрату входного сигнала
  • Интегрирующий усилитель — усилитель, сигнал на выходе которого пропорционален интегралу от входного сигнала
  • Инвертирующий усилитель — усилитель, изменяющий фазу гармонического сигнала на 180° или полярность импульсного сигнала на противоположную (инвертор)
  • Парафазный (фазоинверсный) усилитель — усилитель, применяемый для формирования двух противофазных напряжений
  • Малошумящий усилитель — усилитель, в котором приняты специальные меры для снижения уровня собственных шумов, способных вуалировать усиливаемый слабый сигнал
  • Изолирующий усилитель — усилитель, в котором входные и выходные цепи гальванически изолированы. Служит для защиты от высокого напряжения, которое может быть подано на входные цепи, и для защиты от помех, распространяющихся по цепям заземления

Некоторые функциональные виды усилителей

  • Предварительный усилитель (предусилитель) — усилитель, предназначенный для усиления сигнала до величины, необходимой для нормальной работы оконечного усилителя.
  • Оконечный усилитель (усилитель мощности) — усилитель, обеспечивающий при определённой внешней нагрузке усиление мощности электромагнитных колебаний до заданного значения.
  • Усилитель промежуточный частоты (УПЧ) — узкополосный усилитель сигнала определённой частоты (456 кГц, 465 кГц, 4 МГц, 5,5 МГц, 6,5 МГц, 10,7 МГц и др.), поступающего с преобразователя частоты радиоприёмника.
  • Резонансный усилитель — усилитель сигналов с узким спектром частот, лежащих в полосе пропускания резонансной цепи, являющейся его нагрузкой.
  • Видеоусилитель — импульсный усилитель, предназначенный для усиления видеоимпульсов сложной формы, широкого спектрального состава. Несмотря на название, применяется не только в видео- и телевизионной технике, но и в радиолокации, обработке сигналов с различных детекторов, модемах, и др. Принципиальной особенностью данного усилителя является работоспособность вплоть до 0 Гц (постоянный ток). Также сигнал данного спектра обычно называют видеосигналом, даже если он не имеет никакого отношения к передаче изображения.
  • Усилитель магнитной записи — усилитель, нагруженный на записывающую магнитную головку.
  • Микрофонный усилитель — усилитель электрических сигналов звуковых частот, поступающих с микрофона, до значения, при котором их можно обрабатывать и регулировать.
  • Усилитель-корректор (корректирующий усилитель) — электронное устройство для изменения параметров видео- или аудиосигнала. Усилитель-корректор видеосигнала, например, даёт возможность регулировки насыщенности цвета, цветового тона, яркости, контрастности и разрешения, усилитель-корректор аудиосигнала предназначен для усиления и коррекции сигналов от звукоснимателя проигрывателя граммофонных пластинок, бывают и другие виды усилителей-корректоров.

Усилители в качестве самостоятельных устройств

  • Усилители звуковой частоты
    • Усилители звуковой частоты для систем проводного вещания.
    • Усилители звуковой частоты для озвучивания открытых и закрытых пространств.
    • Бытовые усилители звуковой частоты . В этой группе устройств наибольший интерес представляют усилители высокой верности воспроизведения Ні-Fi и наивысшей верности high end. Различаются усилители предварительные, оконечные (усилители мощности) и полные, сочетающие в себе свойства предварительных и оконечных.
  • Измерительные усилители — предназначены для усиления сигналов в измерительных целях.
  • Антенные усилители — предназначены для измерений слабых сигналов с антенны перед подачей их на вход радиоприёмника, бывают двунаправленные усилители (для приёмопередающих устройств), они усиливают также сигнал, поступающий с оконечного каскада передатчика на антенну. Антенный усилитель устанавливается обычно непосредственно на антенне или поблизости от неё.
  • Предварительный усилитель

  • Hi-Fi УНЧ McIntosh MA6800

  • Усилитель мощности Aleph 3

Основные нормируемые параметры

См. также

Примечания

  1. ↑ Hickman, R. W. and Hunt, F. V., "On Electronic Voltage Stabilizers, " Review of Scientific Instruments, vol. 10, p. 6-21 (January 1939)

Литература

  • Симонов Ю. Л. Усилители промежуточной частоты. — М.: Советское радио, 1973
  • Букреев С. С. Транзисторные усилители низкой частоты с обратной связью. — М.: Советское радио, 1972
  • Войшвилло Г. В. Усилительные устройства: Учебник для вузов. 2-е изд. — М.: Радио и связь. 1983
  • Справочник по радиоэлектронным устройствам: Т. 1 / Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978
  • Рамм Г. С. Электронные усилители.
  • Шамшин В. Г. История технических средств коммуникации, 2003.
Нормативно-техническая документация
  • ГОСТ 23849-87. Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Методы измерения электрических параметров усилителей сигналов звуковой частоты.
  • ГОСТ 24388-88. Усилители сигналов звуковой частоты бытовые. Общие технические условия.
  • ГОСТ 29180-91. Совместимость технических средств электромагнитная. Приборы СВЧ. Усилители малошумящие. Параметры и характеристики. Методы измерений.
  • ОСТ4-203.007-84. Аппаратура для озвучивания открытых и закрытых пространств. Усилители звуковой частоты. Общие технические условия.
  • ОСТ45-138-99. Усилители оконечные звуковой частоты станций проводного вещания. Основные параметры. Методы измерений.
  • IEC 60527(1975). Усилители постоянного тока. Характеристики и методы испытаний.
  • IEC 60581-6(1979). Акустическая аппаратура и системы высокой верности воспроизведения (Ні-Fi). Минимальные требования к параметрам. Часть 6. Усилители.
  • IEC 61305-3(1995). Аудиоаппаратура и аудиосистемы с высокой верностью воспроизведения бытовые. Методы измерения и установления рабочих характеристик. Часть 3: Усилители.
  • IEC 60268-3(2000). Оборудование звуковых систем. Часть 3. Усилители.

Ссылки

dik.academic.ru


© ЗАО Институт «Севзапэнергомонтажпроект»
Разработка сайта