Аудио усилитель

Классический аудиоусилитель (интегрированный стереоусилитель) обычно предлагает ряд аналоговых подключений « тюльпан» для источников сигнала, таких как тюнеры , проигрыватели компакт-дисков и проигрыватели виниловых пластинок , а также регулятор тембра для низких и высоких частот. Этот тип устройств существует с 1960-х годов и имеет в основном тот же набор функций и операций.
По самой своей природе современные AV-ресиверы - это в первую очередь усилители звука, которые имеют множество дополнительных функций для воспроизведения объемного звука - многоканального звука для телевидения и видео.

Звуковой усилитель или усилитель звука это широкополосный усилитель с как небольшим искажением , насколько это возможно для переменного напряжения в слышимом низкочастотном диапазоне от 20  Гц до 20000 Гц или выше. Аудиоусилители содержат электронную схему, которая усиливает небольшие аудиосигналы, такие как сигналы звукоснимателя , тюнера или проигрывателя компакт-дисков, чтобы иметь возможность воспроизводить их с большей мощностью и обычно непрерывно регулируемой громкостью через один или несколько громкоговорителей .

Основы

Звуковые усилители - это усилители мощности . Они являются частью электрической цепи передачи, в начале и в конце которой есть реализованное звуковое событие. Источники сигнала обычно выдают относительно низкое напряжение с высоким внутренним сопротивлением , в то время как громкоговорители с сопротивлением 4 или 8 Ом представляют собой нагрузку с очень низким сопротивлением. Поэтому усилители звука сначала усиливают входное напряжение, прежде чем будут выполнены какие-либо корректировки частотной характеристики (например, с помощью регулятора тембра ) и регулировка громкости . Во время последующего усиления мощности ток в основном усиливается, чтобы иметь возможность управлять низким импедансом нагрузки (громкоговорителя).

Усилитель звука можно рассматривать как электрический квадруполь , выходное напряжение которого U a больше управляющего напряжения U e на входе. Источник рабочего напряжения ( блок питания или аккумулятор ) обеспечивает энергию.

Обычно существует линейная зависимость между выходным и входным напряжением (уровнем и мгновенным значением). Для коэффициента усиления напряжения v в качестве коэффициента указывается соотношение между входным и выходным напряжением.

Однако, как правило, коэффициент усиления указывается как мера усиления. Так и с агрегатом Бел . Поскольку значения в Bel будут слишком малы, коэффициент усиления умножается на «10», и значение указывается в ( децибелах ).

.

Полученный из:

.

Разбивка по функциям

Звуковые усилители можно различать в зависимости от их функции в электроакустической цепи передачи:

  • Интегральные усилители - это «классические» и самые распространенные усилители в стереосистемах для частного использования. Они объединяют в себе предусилитель с переключателем (переключателями) входа для различных источников звука и регулятором громкости, обычно регулятором тембра для низких и высоких частот, а также усилителем мощности или выходным каскадом для обеспечения питания громкоговорителей в одном устройстве . За исключением случаев, они обычно не имеют входов для цифровых аудиоданных, т. Е. Также нет цифро-аналогового преобразователя .
  • Предусилители подготавливают очень слабый входной сигнал таким образом, что его дальнейшая обработка или пересылка упрощаются или возможны только благодаря более высокому уровню напряжения и / или более благоприятному выходному сопротивлению .
  • Дисторшн / эквалайзер - это усилители с определенными отклонениями от линейной частотной характеристики (например, акцент , то есть предварительное выделение и уменьшение выделения , эквалайзер RIAA) или линейность ( искажение ). Это стандартно для предусилителей сигналов приема аналогового проигрывателя грампластинок (RIAA), а также для аналоговых кассетных магнитофонов . В области музыкальных инструментов устройство эффектов при желании может также производить нелинейные искажения.
  • Микшерные пульты состоят из ряда предусилителей с регулируемым усилением и регулируемой частотной характеристикой для нескольких аудиосигналов , выходные сигналы которых суммируются аддитивно. На уровень суммарного сигнала также можно влиять, и он используется, например, для питания усилителя мощности или записывающего устройства.
  • Промежуточные усилители повышают уровень, который понижается путем переадресации, или используются для адаптации уровня или импеданса между различными элементами цепи передачи.
  • Управляющие усилители содержат элементы управления, которые регулируют или регулируют уровень, частотную характеристику, стереобаланс и т. Д. В большинстве случаев они функционально идентичны предусилителю.
  • Усилители обрезки, усилители записи, усилители модуляции и т.п. являются промежуточным конечным звеном в цепи передачи перед записью или передачей. В зависимости от требований они обладают свойствами усилителей мощности (например, усилителей модуляции в передатчиках средних волн ).
  • Усилители мощности или усилители мощности представляют собой усилители, которые часто требуют относительно высокого входного уровня для управления и которые, в свою очередь, имеют мало элементов управления или вообще не имеют их. Обладая минимально возможным выходным сопротивлением, они обеспечивают напряжение для громкоговорителей , режущего оборудования (для записи записи) или тракта модуляции (для передатчиков).
  • В качестве комбинированного устройства, а приемник объединяет все функции интегрированного усилителя описаны выше с радиоприемником (тюнер).

Другие формы, например, Б. микшерный усилитель.

Разбивка по областям применения

Внутренний вид усилителя мощности для использования в автомобиле

Бытовая электроника

Цель состоит в том, чтобы воспроизвести переданные или сохраненные аудиосигналы. Основное внимание уделяется экономичному производству, дизайну и часто высочайшему уровню свободы от искажений. Аудиоусилители для домашнего использования имеют несколько параметров настройки, например выбор источника, громкость, баланс, частотную характеристику.

Студийные технологии

В случае студий звукозаписи на первый план выходят эксплуатационная надежность, долговечность, общая надежность, нечувствительность к электрическим и магнитным помехам, низкий уровень шума, низкие искажения, большая полоса пропускания передачи и точность импульсов. Кроме того, распространены гораздо более широкие возможности управления по сравнению с домашней электроникой.

Усилитель модуляции

Для передачи аудиосигналов в виде электромагнитных волн используются высокочастотные передатчики, на которые должен быть модулирован передаваемый сигнал. Для этого используются усилители модуляции, которые усиливают напряжение звукового сигнала таким образом, что они могут влиять на высокочастотный уровень передатчика в сигнальном цикле с амплитудной модуляцией . Эта модуляция часто происходит ближе к концу высокочастотного сигнала, поэтому может потребоваться значительная мощность. Усилители модуляции надежны, имеют низкий уровень искажений, защищены от электрических помех и имеют определенную полосу пропускания.

Усилитель для музыкантов и сцены

Звуковые усилители используются музыкантами для усиления звука музыкальных инструментов. Они часто имеют характерные особенности (например, гитарные усилители , иногда в виде ламповых усилителей ) или являются частью петли обратной связи, которая намеренно изменяет исходное звучание инструмента. Такие усилители часто подключаются к звукоснимателю вместо микрофона. Им приходится выдерживать высокие нагрузки из-за частой транспортировки.

Усилители монитора часто интегрируются в блоки монитора ( активные блоки ). Эти громкоговорители нужны музыкантам во время выступления, чтобы слышать себя. В некоторых случаях мониторные усилители встроены в микшерные пульты - они менее мощные, чем настоящие усилители мощности.

Усилители мощности для больших сцен и дискотек часто преобразуют электрическую мощность в киловаттном диапазоне (примерно 1… 6 кВт). Это усилители на транзисторах или полевых МОП-транзисторах в двухтактной или полной мостовой схеме (см. Усилители (электротехника) ). Для уменьшения падения напряжения на выходных транзисторах при большом токе (пропорциональном потерям мощности) были разработаны так называемые усилители класса G или -H (классические усилители AB со ступенчатым рабочим напряжением или последовательным предварительным регулятором в рабочем режиме). ветви напряжения) и, таким образом, достигается КПД до 80%. Кроме того, усилитель класса D вводится в зону PA медленно, хотя дальнейшее повышение эффективности связано с D-режимом с недостатками, которые в основном заключаются в эмиссии шума, интермодуляционных искажениях и коммутационных потерях каскада драйвера.

Коммуникация / звуковое усиление

Для передачи человеческой речи требуется только ограниченный диапазон передачи (например, от 160 Гц до 5 кГц). Это касается z. Б. магистральная и сотовая радиосвязь и проводная телефония. Для питания нескольких распределенных громкоговорителей в электроакустических системах (например, во всем здании) выходные сигналы имеют высокий импеданс (например, 600 Ом) или высокое напряжение (например, 100 В) передаются, и в каждом громкоговорителе передаются вниз .

Разбивка по типу схемы

Несимметричный усилитель

Эта трасса имеет самую долгую историю. Используется только одно рабочее напряжение, а в выходном каскаде требуется только один активный компонент. Часто встречаются факторы отрицательной обратной связи от низкого до среднего , поэтому необходимо небольшое или среднее количество каскадов усилителя. Если есть необходимость в симметричных входах или выходах, их балансируют или несимметричны с помощью специальных трансформаторов. Как усилители мощности, они известны только как ламповые усилители более высокой мощности. Несимметричные усилители мощности имеют низкий КПД - особенностью является постоянно протекающий ток питания, равный среднему току нагрузки. Они также известны как усилители мощности A.

Двухтактный усилитель

Такая структура характерна для усилителей в полупроводниковой технологии, но также строятся двухтактные ламповые усилители. В разных топологиях используется либо

  • рабочее напряжение с симметричным выходным трансформатором (технология трубки, раннее транзистор усилителя) или выходной конденсатор (Современные усилители) транзисторные
  • два источника рабочего напряжения с противоположной полярностью (возможно только с транзисторными усилителями) Выходной разделительный конденсатор можно не устанавливать.

В современных транзисторных усилителях мощности используются многочисленные каскады усилителей, которые в большинстве своем выполнены как дифференциальные усилители и имеют прямую (гальваническую) связь. Высокое усиление разомкнутого контура обеспечивает сильную, стабилизирующую и линеаризирующую отрицательную обратную связь. Асимметричные и симметричные входы и выходы могут быть реализованы с гальванической связью, так что возможна нижняя предельная частота 0 Гц (см. Двухтактный выходной каскад ). Двухтактные усилители более эффективны, чем несимметричные усилители. Различают двухтактные выходные каскады AB и двухтактные выходные каскады B, которые отличаются тем, что имеют значительный ток покоя на AB. Низкий ток покоя более проблематичен с точки зрения достижения низких искажений передачи (синусоидальное отклонение при изменении тока, протекающего с одного на противоположный транзистор выходного каскада).

Коммутационный усилитель

Коммутационные усилители строятся все чаще из-за их высокого КПД (небольшая конструкция). Их также называют усилителями класса D или, что несколько неправильно, цифровыми выходными каскадами, и они генерируют полезный сигнал с использованием прямоугольных сигналов с широтно-импульсной модуляцией и последующей фильтрации с использованием LC -фильтра нижних частот .

Разбивка по активным компонентам

Есть транзисторы или электронные лампы , используемые. Транзисторные усилители часто реализуются в виде монолитных интегральных схем или модулей с использованием толстопленочной технологии.

Транзисторный усилитель

Благодаря низкой цене, малым размерам и возможности интеграции транзисторные усилители имеют возможность использовать транзисторы двух разных полярностей (npn, pnp, n-канал, p-канал), работая со сравнительно низкими рабочими нагрузками. напряжения и отказ от сложных источников вспомогательного напряжения позволили получить широкий спектр применений. Есть биполярные и полевые транзисторы используются. Часто совмещают оба типа транзисторов.

Интегральные схемы

ИС аудиоусилителя
Бумбокс PA IMG 9119.JPG
магнитола меньшего размера


Монолитные интегральные схемы, специально разработанные для аудиоприложений, можно найти в усилителях мощности с выходной мощностью от нескольких до около 100 Вт. Для более высоких мощностей они устанавливаются на медном охлаждающем фланце. С их помощью, по сравнению с дискретными усилителями мощности, может быть достигнута высокая стабильность рабочей точки и резкое снижение стоимости компонентов. Силовая ИС в основном содержит схемы защиты от перегрева и коротких замыканий. Часто они делаются двухканальными, чтобы их можно было использовать в качестве стереоусилителей или мостовых усилителей. Малошумящие операционные усилители также используются для низких выходных уровней ( предусилитель , усилитель для наушников ) .

Гибридные схемы

Гибридные усилители мощности содержат несколько транзисторных микросхем и пассивных компонентов на керамической подложке, которая также служит для отвода тепловых потерь на охлаждающую поверхность.

Ламповый усилитель

Ламповый усилитель звука

Из-за различных недостатков электронные лампы в усилителях звука сегодня в основном заменены полупроводниковыми. Они по-прежнему имеют значение в гитарных усилителях и высококачественных усилителях класса high-end .

Из-за особых преимуществ и недостатков полупроводниковых и ламповых усилителей существуют комбинации, известные как гибриды. Один использует z. B. недорогие ламповые предусилители со сравнительно низким рабочим напряжением и совмещающие их с полупроводниковыми выходными каскадами.

литература

  • Р. Бекманн: Руководство по технологии громкой связи, практика основных компонентов. 2-е издание, Elektor-Verlag, Aachen, 1990, ISBN 3-921608-66-X
  • Роланд Эндерс: Руководство по домашней записи. 3-е издание, Carstensen Verlag, Мюнхен, 2003 г., ISBN 3-910098-25-8
  • Густав Бюшер, А. Вигеманн: Азбука электроакустики. 6-е издание, Францис Верлаг, Мюнхен, 1972, ISBN 3-7723-0296-3
  • Фриц Кюне: Усилитель низкой частоты на лампах и транзисторах. 13-е издание, Францис Верлаг, Мюнхен, 1970, ISBN 3-7723-0119-3
  • Зигфрид Вирсум: Nf уловки для аудиофриков . 1-е издание, Franzis Verlag GmbH, Мюнхен, 1990, ISBN 3-7723-3321-4

Смотри тоже

веб ссылки

Commons : аудиоусилитель  - коллекция изображений, видео и аудио файлов