Tutte e tre queste parti svolgono un compito: aumentare la potenza del segnale in uscita a un livello tale da poter pilotare un carico a bassa impedenza: una testina dinamica o cuffie. Come lo fanno? È molto semplice: la corrente di alimentazione continua del PA viene prelevata e convertita in corrente alternata, ma in modo tale che la forma del segnale di uscita ripeta la forma del segnale di ingresso.

Ciò è esattamente dimostrato nella figura. All'ingresso abbiamo un segnale piccolo (miao!), in uscita uno grande (miao!). Allo stesso tempo, la sua forma (miao! -MEOW!) non è cambiata affatto. Grazie Gatto.

Ma, sfortunatamente, tutto va bene solo in teoria. In pratica, quando progettiamo apparecchiature radio, utilizziamo resistori, condensatori e soprattutto transistor non ideali. Pertanto, la forma del segnale di uscita può differire in modo abbastanza significativo dal segnale di ingresso e questo problema è chiamato distorsione. Tutti gli stadi dell'amplificatore contribuiscono con due centesimi al danno del segnale, ma la parte del leone - direi un intero rublo in cambio - la contribuisce lo stadio finale se è costruito o calcolato in modo errato.

Perché la distorsione è dannosa? Ebbene, per non cadere nella demagogia, ritaglia, diciamo, ogni quinta parola da questo articolo. Quello che è successo? No, il significato, ovviamente, è ancora chiaro, ma è un po’ diverso, giusto? La stessa cosa accade con il suono.

Vediamo quindi i diversi modi di costruire gli stadi finali PA, chiamati anche classi (o modalità operative) di amplificatori. Probabilmente hai sentito: amplificatore di classe A, amplificatore di classe AB: ecco di cosa si tratta.

Cominciamo guardando lo schema elettrico generale dello stadio di uscita PA.

Questo è uno stadio di uscita push-pull che utilizza transistor complementari. Come puoi vedere, i circuiti di base dei transistor includono sorgenti di tensione che formano l'offset iniziale del punto operativo di ciascun transistor. Quindi è proprio l'entità di questa tensione che determina in quale modalità (classe) funzionerà questo o quello stadio di uscita.

Bene, iniziamo in ordine: in modalità А .

Possiamo ottenere questa modalità con una tensione di polarizzazione abbastanza elevata , tale che

dove I0 è la corrente di riposo della cascata. Pertanto, entrambi i transistor si trovano nella zona attiva e quando la corrente del collettore di un transistor diminuisce, la corrente dell'altro aumenta. Come risultato di tutte queste danze, otteniamo una linearità quasi perfetta della cascata e una completa assenza di distorsioni non lineari. MA. Ce n'è sempre qualcuno MA, hai notato? Innanzitutto la potenza consumata dall'alimentatore è pari al doppio della potenza del segnale di uscita ed è un valore costante, indipendente dal segnale di ingresso. Cioè, se l'amplificatore sviluppa una potenza di uscita massima di 100 watt, la potenza consumata dall'alimentatore sarà di 200 watt e non importa a quale volume ascolti la musica. E se l'amplificatore è a due canali, cioè stereo? E se fosse un home theater? Ulteriore. I transistor di uscita, come sai, hanno la cattiva abitudine di surriscaldarsi. Cioè, dissipano parte del potere. Nel caso della modalità A, la dissipazione di potenza per un transistor è la seguente:

dove a è l'oscillazione della tensione di uscita.

Che cosa stiamo facendo? Un'altra caratteristica della classe A è che la dissipazione di potenza dei transistor è tanto maggiore quanto più piccolo è il segnale di ingresso. Cioè, se lasci l'amplificatore in funzione senza un segnale di ingresso, si surriscalderà come una stufa, poiché in assenza di un segnale di ingresso, la dissipazione di potenza del transistor è uguale alla potenza di uscita massima dell'amplificatore. A proposito, voglio dire che questo è stato testato nella pratica - il mio Technics A 900 Reference in realtà si riscalda di più se non viene fornito alcun segnale al suo ingresso - una volta sono rimasto molto sorpreso da questa circostanza e volevo persino prenderlo per riparazione . Un altro parametro importante dell'amplificatore è l'efficienza. Bene, capisci: con un tale riscaldamento dei transistor, non otterremo alcuna efficienza umana (Miao!) o felina.

L'efficienza è calcolata come segue:

dove a, come nella formula precedente, è l'oscillazione della tensione di uscita. L'efficienza quindi non è costante e aumenta man mano che il segnale di ingresso, e quindi la potenza di uscita, aumenta e raggiunge un valore massimo del 50%. (Vuoi bere una bottiglia di birra? Miao, non funzionerà niente: versiamo metà della bottiglia nel water, beviamo la metà rimanente e corriamo di nuovo a prenderla tutta.) Sì, è più o meno, ma dovrebbe Da notare che questa birra sarà semplicemente ottima. È vero, tanto più offensivo sarà buttarne via la metà.

Quindi, riassumiamo: cosa c'è di buono nella classe A? Prima di tutto, eccellente linearità e mancanza di distorsione: la forma del segnale in uscita rimane la stessa di quella in ingresso. Ma dobbiamo pagare per questo con un consumo energetico killer e un’efficienza dell’amplificatore estremamente bassa. Non tutti possono fare tali sacrifici, e questa modalità di funzionamento degli amplificatori viene utilizzata solo in sistemi Hi-End di altissima qualità, il cui costo parte da 1000 procioni calpestati e sembrano bare sagomate.

La prossima classe di amplificatori è la classe B

Proprio come l'ultima volta, consideriamo una cascata push-pull utilizzando transistor complementari.

Il circuito è stato leggermente semplificato a causa delle specificità del funzionamento dell'amplificatore in questa modalità. Come puoi vedere, non c'è alcuna polarizzazione, cioè i transistor si aprono esclusivamente dal segnale di ingresso. Pertanto, la particolarità di questa modalità è che in assenza di un segnale di ingresso, entrambi i transistor sono chiusi e la cascata non consuma assolutamente nulla dalla fonte di alimentazione - I0 = 0. Se è presente un segnale in ingresso, i transistor funzionano alternativamente: il transistor T1 funziona per semionde positive e T2 per semionde negative. Vediamo come ci troviamo con il consumo energetico, l'efficienza e il riscaldamento dei transistor.

Innanzitutto, introduciamo un certo coefficiente a, il cosiddetto coefficiente di utilizzo.

cioè il rapporto tra la tensione di uscita corrente e la tensione di uscita massima. Per dirla nel linguaggio umano, questa figura mostra quanto è occupato l’amplificatore in questo momento – o sta trasportando secchi di elettroni a una velocità vertiginosa – a=1, o è completamente dormiente – a=0.

Pertanto, la potenza in uscita viene calcolata utilizzando la seguente formula:

;

dissipazione di potenza del transistor funzionante:

consumo di energia:

Bene, in generale, nel caso della modalità B, tutto è giusto: il consumo energetico aumenta all'aumentare del segnale di ingresso e, di conseguenza, la potenza di uscita aumenta. Il consumo energetico massimo viene raggiunto con a=1

Anche l'efficienza aumenta con l'aumentare del livello del segnale e raggiunge il 78,5%. Bene, questa è una questione completamente diversa. (Miao! Beh, sì, versare il 20% della birra non è il 50%.)

Quindi sembra che ci sia sfuggito qualcosa. Bene, è vero: si sono dimenticati delle distorsioni. E tutto il Gatto con la sua birra. Distrae.

Quindi, diamo un'occhiata alle distorsioni.

Uuuuu... ecco dove siamo finiti: guarda cosa sta succedendo. Nella pura classe B ci aspetta un mmm molto grande... (Miao! Culo!) beh, sì, qualcosa del genere - distorsioni non lineari o, come vengono anche chiamate, transitorie del 1° tipo. Vedete - sul grafico - invece della sinusoide che passa dolcemente attraverso lo zero, come nel segnale di ingresso, generalmente otteniamo un calo di una certa ampiezza - cioè il momento in cui il segnale scompare del tutto - non ce n'è. Perché sta succedendo? Il fatto è che affinché il transistor si apra e inizi a funzionare, ha bisogno di una certa tensione di soglia fornita alla base: per i transistor bipolari al silicio è pari a 0,7 volt.

Questo è ciò che otteniamo. Diciamo che l'ampiezza della semionda positiva inizia a diminuire. Il transistor T1 inizia a chiudersi. E arriva un momento in cui il valore della prima semionda scende sotto 0,7 volt e T1 si chiude, ma T2 non si è ancora aperto e si aprirà solo quando il segnale entra nella semionda negativa e il suo valore raggiunge la tensione di -0,7 volt. Pertanto, otteniamo un buco nel segnale largo 1,4 volt. Ay ah ah, cosa dovremmo fare adesso, eh? (Bevi birra, versandone il 20% nel water, miao!)

Ebbene, per non concludere questa parte con una nota triste, vado avanti e dico che una soluzione a questo problema è stata trovata, trovata molto tempo fa e si chiama modalità AB . Qualche compromesso tra qualità del segnale e parametri di potenza. Ma questo lo vedremo nella parte successiva. (Vedremo anche un amplificatore digitale di Classe D, miao!)

Pubblicazione: radiokot.ru

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