Аудиотехника (стр. 4 )

. (3.9)

Наличие выброса фронта в переходной характеристике приводит к «звонам» и к «металлическому» призвуку. В высококачественных усилителях выброс dФ не должен превышать 4...6%.

Между АЧХ, ФЧХ и ПХ усилителя существует сложная зависимость, связанная с тем, что все три характеристики обусловлены наличием одних и тех же реактивных элементов. Однако существующие методы, позволяющие по известным АЧХ и ФЧХ определить ПХ, довольно громоздки и не наглядны. На практике чаще ПХ получают на экране осциллографа, оценивают параметры переходной характеристики и, при необходимости, корректируют ее форму.

Нелинейные искажения вызваны прохождением сигнала через элементы, имеющие нелинейные характеристики (например, через транзисторы, лампы, трансформаторы и т. п.), вследствие чего искажается форма колебания и меняется его спектральный состав. Поскольку вносимые нелинейные искажения приводят к появлению новых гармоник, отсутствующие в исходном сигнале, то они вызывают искажение тембра звука. Все нелинейные искажения, возникающие в УЗЧ, делятся на две группы: гармонические и интермодуляционные [8].

Гармонические нелинейные искажения проявляются присутствием в выходном звуковом сигнале гармоник, которых нет в исходном сигнале. Они изменяют тембр звучания звукового тракта и, следовательно, нарушают верность воспроизведения. Количественной оценкой нелинейных искажений такого рода является коэффициент гармоник:

, (3.10)

где UN — амплитуда напряжения N-ой гармоники;

1, 2, …, N — номер гармоники.

Из всех гармоник наиболее интенсивны вторая и третья, остальные имеют гораздо меньшую мощность и мало влияют на форму выходного сигнала. Коэффициент гармоник многокаскадного усилителя близок к сумме коэффициентов гармоник отдельных каскадов. Поэтому если нелинейные искажения в предварительных каскадах соизмеримы с искажениями в оконечном каскаде, то общий коэффициент гармоник тракта звуковоспроизведения можно оценить по формуле

, (3.11)

где n — число усилительных каскадов в звуковом тракте;

Kг. i — коэффициент гармоник i-го каскада.

Интермодуляционные нелинейные искажения в УЗЧ характеризуются появлением в выходном сигнале новых частот, отсутствующих в спектре входного сигнала, в результате комбинации различных частот входного сигнала. Наиболее заметны нелинейные искажения из-за комбинационных частот, возникающие при подаче на усилитель двух и большего числа синусоидальных сигналов. Особенно заметны комбинационные частоты вида , , , так как они, как правило, не содержатся в спектре даже сложного входного сигнала.

Для оценки уровня интермодуляционных искажений используется коэффициент интермодуляционных искажений Kи. Он измеряется в процентах и вычисляется по следующим формулам.

, (3.12)

, (3.13)

, (3.14)

где Kи2, Kи3 — коэффициенты интермодуляционных искажений второго и третьего порядков, соответственно;

– амплитуда напряжения разностной (суммарной) частоты.

При измерении Kи на вход усилителя подают два гармонических колебания с частотами: f1 = 50...100 Гц и f2 = 5...10 кГц при отношении амплитуд , затем определяют амплитуды выходных напряжений на комбинационных частотах, и рассчитывают коэффициент интермодуляционных искажений по формулам (3.12) — (3.14). Допустимое значение Kи = = (0,1...1)%. Практические исследования показывают, что коэффициент интермодуляционных искажений в 3…5 раз превышает величину коэффициента гармоник:

. (3.15)

Одной из причин возникновения на выходе УЗЧ новых гармоник и сигналов комбинационных частот являются перекрестные искажения, связанные с нелинейностью входной характеристики транзисторов, работающих в УМЗЧ в режиме B. Подробнее причины их возникновения рассмотрены далее в п. 3.1.6.

Уровень нелинейных искажений в УЗЧ значительно зависит от амплитуды подаваемого на вход сигнала. На рис. 3.4 показан характер зависимости коэффициента Кг от мощности на выходе усилителя. Эта кривая является основной характеристикой для оценки нелинейных искажений. Она служит также для определения максимальной полезной мощности усилителя по заданному коэффициенту гармоник.

Рисунок 3.4 — Типовая зависимость величины коэффициента

гармоник от выходной мощности усилителя ЗЧ

Коэффициент гармоник нормируется, как правило, для большого уровня входного сигнала. Для транзисторных усилителей мощности характерно увеличение нелинейных искажений при весьма малых уровнях входного сигнала, что вызвано перекрестными искажениями. Поэтому для полной оценки качества усилителя целесообразно контролировать уровень нелинейных искажений также при малых уровнях входных сигналов.

В основном нелинейные искажения возникают в оконечном и предоконечном каскадах усилительного тракта, то есть в усилителях мощности. Допустимые нелинейные искажения зависят от назначения усилителя. Так, в усилителях ЗЧ, используемых в радиовещании и бытовой звуковоспроизводящей аппаратуре, коэффициент гармоник согласно ГОСТ может составлять 1...2%. В высококачественной профессиональной аппаратуре — не выше 0,05%.

В последние годы резко улучшились параметры высококлассной звуковоспроизводящей аппаратуры. Особенно заметна тенденция к снижению нелинейных искажений. Появились усилители звуковых частот, у которых коэффициент гармоник Kг<0,0005%. Достижение чрезвычайно малых нелинейных искажений связано с применением большого количества транзисторов с высоким коэффициентом усиления и установлением глубокой отрицательной обратной связи (ООС). Подробнее принципы работы обратных связей в усилительных устройствах описаны в специализированной литературе. Здесь отметим лишь особенность использования этого инструмента применительно к усилителям звуковых частот.

Для значительного снижения уровня нелинейных искажений применяется глубокая ООС. Однако при этом возрастает запаздывание сигнала на выходе в цепи ООС, что может являться причиной динамических искажений. На слух динамические искажения проявляются в виде потери высших частот, в неестественном оттенке звучания, так называемом «транзисторном звуке». Сте­пень динамических искажений оценивается по скорости нарастания выходного напряжения усилителя мощности. Для уменьшения динамических искажений в высококачественных усилителях глубина ООС ограничивается в пределах 20...80 дБ. В качестве оконечных применяют мощные высокочастотные биполярные или полевые транзисторы, которые позволяют расширить диапазон усиливаемых частот и тем самым повысить быстродействие усилителя. С другой стороны, меры, принимаемые для снижения динамических искажений, снова приводят к возрастанию нелинейных искажений, и условие одновременного обеспечения динамических и нелинейных искажений на низком уровне является противоречивым.

Шумовые искажения. При отсутствии сигнала на входе усилителя на его выходе действует некоторое небольшое напряжение. Это напряжение обусловлено в основном его собственными помехами, среди которых различают фон, наводки, микрофонный эффект, тепловые шумы резисторов и пассивных элементов, шумы усилительных элементов.

Фон обычно появляется в результате недостаточной фильтрации пульсирующего напряжения источника питания, работающего от сети переменного тока. Гармонические составляющие фона кратны частоте питающей сети.

Наводки образуются из-за паразитных электрических, магнитных, гальванических или электромагнитных связей цепей усилителя с источниками помех.

Микрофонный эффект представляет собой результат преобразования механических колебаний элементов усилителя в электрические, проходящие на выход усилителя. Спектр этих колебаний занимает диапазон 0,1..Гц. Он заметно проявляется у интегральных усилителей с большим коэффициентом усиления, выполненных на одной подложке. Чтобы устранить его, используют рациональную конструкцию элементов усилителя, более надежное их крепление, демпфирование, применяют амортизирующие устройства.

Тепловые шумы обусловлены тепловым беспорядочным (случайным) движением в объеме проводника (или полупроводника) свободных носителей зарядов. В результате на концах проводника, обладающего некоторым сопротивлением, действует случайная, флуктуационная ЭДС, называемая ЭДС шума Еш. Ее спектр является сплошным и практически равномерным в диапазоне частот от нуля до сотен мегагерц. Шум с подобным спектром называют «белым».

Фон, наводки и микрофонный эффект в усилителе могут быть уменьшены до любых заданных значений. Тепловые шумы и шумы усилительных элементов принципиально неустранимы и обычно удается лишь минимизировать долю шумов, создаваемых усилительными элементами.

Шумовые свойства усилителей звуковой частоты оценивают отношением «сигнал/шум». Под этой величиной понимают выраженное в децибелах отношение выходного напряжения сигнала при номинальной выходной мощности усилителя Рном к суммарному напряжению шумов на выходе. В качественных усилителях звуковой частоты отношение «сигнал/шум» достигает 60...110 дБ.

Динамический диапазон усилителя — это отношение максимального входного сигнала к минимальному при заданном уровне коэффициента гармоник.

. (3.16)

Для УЗЧ максимальное значение входного сигнала ограничивается нелинейностью амплитудной характеристики и принимается равным номинальному входному напряжению Uвх. ном, обеспечивающему номинальную выходную мощность УЗЧ при заданном коэффициенте гармоник. Минимальное входное напряжение Uвх. min должно выбираться таким образом, чтобы собственные помехи и шумы усилителя не маскировали выходной сигнал.

В предельном случае основными помехами в усилителе являются шумы, при этом

, (3.17)

откуда

, (3.18)

где KП — коэффициент помехозащищенности ().

Отсюда динамический диапазон усилителя:

. (3.19)

Динамический диапазон является важным техническим показателем усилителя звуковых частот и обычно нормируется стандартами. Для высококачественных звуковых усилителей Dу ≥ 100 дБ. Источники звуковых сигналов имеют собственный динамический диапазон Dc. Для усиления сигнала с допустимыми нелинейными искажениями и помехозащищенностью необходимо, чтобы . Для увеличения динамического диапазона усилителя уменьшают уровень собственных помех, используют усилительные элементы с более линейной характеристикой, применяют ручную или автоматическую регулировку усиления.

3.1.2 Предварительные усилители-корректоры

Основной функцией каскадов предварительных усилителей звуковой частоты является увеличение уровня сигнала, полученного от звукоснимателя, до уровня необходимого для нормального функционирования блоков регулировки параметров аудиосигнала и усилителя мощности. Однако в некоторых случаях помимо своей основной функции предварительные усилители осуществляют коррекцию частотного спектра сигнала.

При воспроизведении механической грамзаписи АЧХ головки звукоснимателя представляет собой зависимость напряжения, развиваемого звукоснимателем на номинальной нагрузке, от частоты при воспроизведении гармонических сигналов с неизменной амплитудой колебательной скорости. Амплитудно-частотная характеристика канала записи — это зависимость колебательной скорости резца рекордера от частоты сигнала. Возникающая в звукоснимателе ЭДС пропорциональна колебательной скорости воспроизводящей иглы и, следовательно, воспроизводит характеристику канала записи. Зависимость выходного напряжения звукоснимателя от частоты показана на рисунке 3.5 (кривая 1). Выходное напряжение звукоснимателя должно быть скорректировано, чтобы обеспечить равномерную АЧХ звуковоспроизводящего тракта. Этой задачей занимается предварительный усилитель-корректор, обладающий стандартизованной АЧХ, показанной на рисунке 3.5 (кривая 2) .

Рисунок 3.5 — Стандартная частотная характеристика канала

механической записи и предусилителя-корректора

Аналогичные графики могут быть построены для тракта записи-воспроизведения магнитной записи. Если остаточная намагниченность имеет постоянную амплитуду, то при воспроизведении магнитной головкой ее ЭДС по закону индукции нарастает пропорционально частоте (6 дБ/окт). Таким образом АЧХ корректирующего предварительного усилителя должна спадать при росте частоты с такой же скоростью.

Предварительный усилитель-корректор должен иметь низкий уровень собственных шумов и нелинейных искажений, большой динамический диапазон, АЧХ в соответствии со стандартом (рис. 3.5, кривая 2), входное и выходное сопротивления, обеспечивающие согласования с головкой звукоснимателя и основным УЗЧ, соответственно. Предусилители-корректоры характеризуются следующими основными параметрами:

-  максимальное входное напряжение [мВ] — наибольшее действующее значение синусоидального входного напряжения на частоте 1 кГц, при котором коэффициент гармоник выходного напряжения не превышает 0,5 %;.

-  максимальное выходное напряжение [В] — наибольшее значение выходного напряжения на частоте 1 кГц при коэффициенте гармоник не более 0,5 %;

-  перегрузочная способность [дБ] — отношение максимального входного напряжения к номинальному входному, равному 2,5 мВ;

-  коэффициент усиления — отношение выходного номинального напряжения к номинальному входному, равному 2,5 мВ, на частоте 1 кГц;

-  отклонение АЧХ от стандартной [дБ] — максимальное отклонение АЧХ реального корректора от стандартной АЧХ, определенной в стандарте;

-  отношение «сигнал/шум» [дБ] — отношение действующего значения номинального выходного напряжения (при номинальном входном, равном 2,5 мВ) к действующему значению напряжения выходного шума;

-  коэффициент гармоник [%] — наибольшее значение коэффициента нелинейных искажений выходного сигнала, измеряемого в полосе частот 20…20000 Гц, при входном напряжении 1 В.

3.1.3 Буферные каскады усилителей

Буферные каскады усилителей устанавливаются, как правило, между звукоснимающей головкой и последующим усилителем-корректором. Буферный каскад предназначен для устранения влияния реактивных элементов головки на корректирующую обратную связь. Буферный каскад должен обладать изолирующими свойствами, то есть иметь большой входной импеданс и малый выходной. Такие каскады реализуются по схеме эммитерного повторителя или повторителя на операционном усилителе, обладающих единичным коэффициентом усиления. Поскольку буферные каскады оперируют со слабыми сигналами, то для них выбираются элементы с малым коэффициентом шума.

3.1.4 Микрофонные усилители

Микрофонные усилители предназначены для усиления слабых сигналов микрофона и согласования его с последующими усилительными каскадами звуковоспроизводящего тракта. Коэффициент усиления микрофонного усилителя выбирается таким образом, чтобы обеспечить на входе основного усилителя номинальный уровень напряжения от 200 до 400 мВ. При необходимости в микрофонный усилитель вводится частотная коррекция, чтобы компенсировать неравномерность АЧХ используемого микрофона.

Особенностями микрофонного усилителя являются:

-  работа при малых уровнях входного сигнала (номинальная ЭДС, развиваемая, например, электродинамическими микрофонами, составляет 0,1…0,8 мВ);

-  совместная работа с источником сигнала, имеющим низкое внутреннее сопротивление (500…2000 Ом), которое остается постоянным в широком диапазоне рабочих частот.

Основные сложности при разработке микрофонных усилителей связаны с достижением низкого уровня шумов и минимальных нелинейных искажений. Собственные (внутренние) шумы применяемых в высококачественной звукотехнике электростатических (конденсаторных) и электродинамических (ленточных) микрофонов незначительны — не превышают нескольких микровольт. Шумы электродинамических микрофонов настолько малы, что даже не нормируются. Поэтому важно, чтобы собственные шумы микрофонного усилителя были малы. Для достижения малого уровня шумов на выходе усилителя необходимо уменьшить собственные шумы первого каскада и увеличить полезный сигнал на его выходе. Поскольку шумовые свойства усилительного каскада зависят от внутреннего сопротивления источника сигнала, при выборе режима работы первого каскада микрофонного усилителя необходимо учитывать внутреннее сопротивление микрофона. По рекомендациям Международной Электротехнической Комиссии (МЭК) номинальное входное сопротивление микрофонного усилителя, обеспечивающее наилучшее отношение «сигнал/шум» на его входе, равно утроенному сопротивлению микрофона (). Если к усилителю должен быть подключен низкоомный микрофон, то для их согласования применяют согласующий трансформатор.

Микрофонные усилители характеризуются следующими параметрами:

-  максимальное входное напряжение [мВ] — наибольшее действующее значение синусоидального входного сигнала на частоте 1 кГц, при котором коэффициент гармоник выходного напряжения не превышает 0,5 %;.

-  максимальное выходное напряжение [В] — наибольшее действующее значение выходного напряжения на частоте 1 кГц при коэффициенте гармоник не более 0,5 %;

-  перегрузочная способность, Кп [дБ] — отношение максимального входного напряжения к номинальному входному;

-  коэффициент гармоник [%] — наибольшее значение коэффициента нелинейных искажений выходного сигнала, измеряемого в полосе частот 20…20000 Гц при номинальном выходном напряжении;

-  отношение «сигнал/шум» [дБ] — отношение действующего значения номинального напряжения выходного синусоидального сигнала к действующему значению напряжения шума на выходе усилителя;

-  номинальный диапазон [Гц] — диапазон частот, внутри которого нормированная АЧХ усилителя имеет неравномерность не более ±1,5 дБ.

3.1.5 Нормирующие усилители

Номинальное входное напряжение таких источников аудиосигналов, как магнитофон, тюнер, выход микрофонного усилителя или предусилителя-корректора, составляет около 200 мВ. Проходя через цепи регулировок громкости и стереобаланса, оно несколько уменьшается. Вместе с тем номинальное входное напряжение таких узлов звукового тракта, как регуляторы тембра, эквалайзеры, квадрапреобразователи, усилители мощности, составляет около 800 мВ. Для согласования входов таких устройств с источниками аудиосигналов применяются нормирующие усилители.

К основным техническим показателям нормирующего усилителя относятся: входное и выходное сопротивление, коэффициент усиления, перегрузочная способность, линейные и нелинейные искажения, отношение «сигнал/шум», динамический диапазон, стабильность показателей.

Нормирующий усилитель имеет плоскую АЧХ в диапазоне рабочих частот. Особенностью такого усилителя является то, что он является одним из первых каскадов в тракте усиления аудиосигнала и поэтому его шумовые свойства существенно влияют на достижимый динамический диапазон усилительного тракта в целом. По этой причине нормирующие усилители строятся на основе малошумящих транзисторов или операционных усилителей.

3.1.6 Усилители мощности

Усилитель мощности звуковой частоты (УМЗЧ) является оконечным устройством усилительного тракта аудиосистемы и предназначен для усиления сигналов, «откорректированных» каскадами регулировки, до необходимого уровня мощности на внешней нагрузке, которой обычно является акустическая система или головные телефоны. Принцип работы УМЗЧ состоит в преобразовании подводимой к нему от источника питания мощности постоянного тока в переменный ток, причем форма сигнала на выходе усилителя полностью повторяет сигнал на входе. Усилитель мощности звуковой частоты не содержит корректирующих АЧХ элементов и имеет плоскую амплитудно-частотную характеристику в широком диапазоне частот. В нем не предусматриваются никакие регулировки и устанавливается только индикатор уровня выходной мощности. Уровень входного сигнала для УМЗЧ нормируется и равен 775±50 мВ. В высококачественных звуковых системах сигналы, поступающие от каскадов регулировки, должны иметь коэффициент гармоник не более 0,1% во всем динамическом диапазоне и заданной полосе частот, поэтому усилитель мощности также не должен существенно влиять на уровень искажений полезного сигнала.

По принципу схемотехнической реализации усилители мощности делятся на несколько классов, отличающихся энергетическими параметрами и точностью воспроизведения аудиосигнала [3, 7–9].

Усилители мощности класса А

В усилителях мощности этого класса рабочая точка усилительного транзисторного каскада выбрана таким образом, что ток коллектора существует в течение полного цикла сигнала (рис. 3.6).

Рисунок 3.6 — Особенности работы усилителя в классе А

Усилители класса А при правильно выбранной рабочей точке характеризуются высокой линейностью работы. Класс А чаще всего используется в усилительных каскадах малой мощности, так как в маломощных транзисторах величина тока покоя невелика. В усилителях мощности большое значение тока покоя требует применения больших радиаторов для поддержания стабильного температурного режима в переходах транзисторов. Это ограничивает применение такого режима работы усилительных элементов в УМЗЧ.

Усилители мощности ЗЧ класса А как правило строятся на двух транзисторах в двухтактном включении, при этом в оптимальных условиях значение максимального тока в нагрузке в два раза превышает значение тока покоя, составляя 2×Iq. Максимальное напряжение нагрузки составляет , где US — напряжение источника питания. Таким образом, оптимальная нагрузка может быть выражена следующей формулой [7].

. (3.20)

Средняя мощность на нагрузке равняется, таким образом, половине произведения максимального напряжения и максимального тока, что выражается отношением . Так как — мощность, потребляемая усилителем от источника питания, то максимальная эффективность работы УМЗЧ класса А может быть выражена следующим образом:

. (3.21)

Усилители мощности класса B

В классе В используется двухтактный выходной каскад, собранный на комплементарной паре транзисторов с разными проводимостями со смещением до критического значения тока коллектора при отсутствии возбуждающего сигнала. Когда подается возбуждаю­щий сигнал, ток коллектора одного из парных транзисторов проходит в один полупериод полного цикла, в то время как другой парный транзистор находится в состоянии непроводимости; затем положение полностью меняется в течение другого полупериода полного цикла. На рисунке 3.7 показаны идеализированные характеристики для УМЗЧ класса В.

Однако такая форма характеристики практически не может быть обеспечена, поскольку характеристика каждого транзистора имеет собственную область нелинейности в области малых напряжений (рис. 3.8). Также, для обеспечения тока коллектора, начиная с нулевого значения полупериода входного сигнала, необходимо затратить мощность для преодоления потенциального барьера перехода база — эмиттер.

Рисунок 3.7 — Идеализированная характеристика
двухтактного каскада УМЗЧ класса В

Рисунок 3.8 — Нелинейность усилителя в области

малых напряжений

Следовательно, если не принять меры, сигнал на нагрузке будет искажаться (особенно при малых уровнях мощности) — между положительным и отрицательным полупериодами сигнала появляются небольшие ступеньки, создавая так называемые перекрестные искажения [3, 7]. Эти искажения заметны на осциллограмме, приведенной на рисунке 3.9. Конечным результатом будут сильные гармонические и интермодуляцион-ные искажения.

Рис. 3.9 — Осциллограмма, показывающая

перекрестные искажения

Основные преимущества УМЗЧ класса В перед классом А — малый ток покоя, что приводит к более экономичному использованию энергии и к увеличению эффективности. Так, если принять ток покоя Iq равным нулю, то потребляемая усилителем класса В мощность при отсутствии возбуждающего сигнала также будет равна нулю. Теоретическая максимальная мощность, развиваемая в нагрузке RL, равна . Среднее значение тока составляет . Таким образом, средняя мощность равна . Максимальная эффективность рассчитывается следующим образом [7]:

.

Усилители мощности класса С

Режим работы транзисторов в усилителях, работающих в классе С, выбран таким, чтобы пропускать только небольшую часть каждого полупериода сигнала. На выходе усилительного каскада форма сигнала (как правило, синусоидальная) восстанавливается с помощью высокоэффективных резонансных цепей. Этот режим характерен исключительно для высокочастотных усилителей мощности и не используется в низкочастотной широкополосной технике.

Усилители мощности класса D

Класс D значительно отличается от классов А и В тем, что выходные транзисторы работают в ключевом режиме в однотактной (класс AD) или двухтактной (класс BD) схеме. Звуковая информация передается высокочастотными (до сотен МГц) промодулированными по ширине прямоугольными импульсами, подаваемыми на переключающие транзисторы. Ширина прямоугольных импульсов (отношение изображение-промежуток) меняется в зависимости от амплитуды звукового сигнала (рис. 3.10). Переключающие транзисторы преобразуют модулированные по ширине прямоугольные импульсы в звуковой сигнал и переключающий сигнал, передаваемый на высокой повторяющейся частоте и устраняемый низкочастотной фильтрацией.

Рисунок 3.10 — Импульсы, модулированные по длительности

Структурная схема усилителя мощности класса D показана на рисунке 3.11. Усиливаемый гармонический сигнал, подаваемый на вход усилителя, преобразуется с помощью широтно-импульсного модулятора (ШИМ) в прямоугольные импульсы одинаковой амплитуды, но различной длительности. Чтобы искажения усиливаемого сигнала не превышали допустимого уровня, на выходе оконечного каскада из состава мощных прямоугольных импульсов с помощью фильтра нижних частот (ФНЧ) отфильтровываются высокочастотные компоненты.

Рисунок 3.11 — Структурная схема усилителя класса D

Максимальная теоретическая эффективность схем этого класса может приближаться к 100%, т. к. выходные транзисторы или закрыты и тока через них нет, или полностью открыты, и ток течёт в нагрузку, практически не вызывая падения напряжения на транзисторах. На практике, из-за потерь в транзисторах во время переключения, эффективность таких схем находится в пределах 90–98%. Недостатками таких усилителей являются большой уровень радиоизлучения, сложность схем и низкая ремонтопригодность.

Помимо перечисленных выше классов существуют также УМЗЧ, построенные на основе других схемотехнических решений: классы A+, G, H, T, Pi. В связи со сравнительно редким использованием таких устройств в современной аудиотехнике их особенности не рассматриваются в рамках данного пособия. В настоящее время большинство высококачественных усилителей звуковой частоты основано на схемах квазикласса В (т. е. класса В с оптимизированным током покоя Iq для уменьшения искажений). Также наблюдается тенденция к расширению использования УМЗЧ класса D, особенно в переносной аудиоаппаратуре, что связано с высоким КПД таких усилителей.

Качественные показатели усилителей мощности звуковой частоты, их физические размеры в основном определяют качество всего усилительного устройства. По этой причине разработчики аппаратуры высококачественного звуковоспроизведения уделяют наибольшее внимание созданию высококачествен­ных усилителей мощности. Поскольку требования к снижению нелинейных и динамических искажений являются противоречивыми, то это обстоятельство объясняет многообразие технических решений, появляющихся в последнее время.

К основным параметрам УМЗЧ относятся следующие.

Максимальная выходная мощность, Рmax [Вт] — выходная электрическая мощность на частоте 1 кГц при значении коэффициента гармоник 10%.

Номинальная выходная мощность, Рном [Вт] — выходная электрическая мощность при значении коэффициента гармоник, заявленного для этого усилителя на частоте 1 кГц.

Номинальная выходная мощность в полосе рабочих частот, Рном(Df) [Вт] — минимальная выходная электрическая мощность в диапазоне частот 20 Гц … 20 кГц при значении коэффициента гармоник, заявленного для этого усилителя на частоте 1 кГц.

Коэффициент гармоник, Kг [%] — коэффициент нелинейных искажений, когда входным низкочастотным сигналом является синусоидальное напряжение.

Коэффициент гармоник в режиме малой выходной мощности, Kг (50 мВт) [%] — коэффициент гармоник, измеренный при выходной мощности 50 мВт.

Коэффициент гармоник в полосе частот, Kг(Df) [%] — максимальный коэффициент гармоник в диапазоне частот 20 Гц … 20 кГц при номинальной выходной мощности.

Отношение «сигнал/шум» [дБ] — логарифм отношения выходного напряжения усилителя при номинальной мощности к среднеквадратическому напряжению шумов усилителя в полосе частот 20 Гц … 20 кГц.

Нормированная АЧХ [дБ] — зависимость нормированного значения усиления G (3.4) от частоты. Значение K0 измеряется на частоте 1 кГц.

Полоса рабочих частот, Df [Гц] — диапазон частот, внутри которого нормированная АЧХ усилителя имеет неравномерность не более ±1,5 дБ. Измерения проводятся при .

Фазо-частотная характеристика, Dj [градус] — зависимость фазового сдвига Dj между составляющими входного и выходного напряжения от частоты f.

Коэффициент нелинейности фазовой характеристики, dj [градус] — наибольшее отклонение фазовой характеристики реального усилителя относительно идеальной фазовой характеристики, изменяющейся по линейному закону.

Максимальная скорость нарастания выходного напряжения, Vmax [В/мкс] — максимальное отношение , где Dt — интервал времени, за который происходит изменение выходного напряжения Uвых на значение DUвых на участке с наиболее крутым фронтом.

3.2 Регуляторы параметров аудиосигналов

3.2.1 Звукорежиссерские пульты

В процессе записи или воспроизведения параметры аудиосигналов подвергаются различным регулировкам. Все регулировки могут быть разделены на три следующих группы:

1. Частотные регулировки. Они наиболее широко распространены и используются для изменения амплитудных соотношений между составляющими гармониками аудиосигнала с целью придания ему большей выразительности, создания специфического звучания, исправления недостатков звукового тракта или акустических свойств помещения прослушивания. Основными инструментами для осуществления частотных регулировок являются регуляторы тембра, электрические фильтры и эквалайзеры.

2. Амплитудные регулировки. Применяются для изменения амплитуды аудиосигнала в звуковом тракте с целью изменения громкости звучания или балансного соотношения между каналами стереосистем. Сюда же можно отнести регуляторы динамического диапазона. Для осуществления амплитудных регулировок применяются регуляторы громкости, регуляторы стереобаланса, компрессоры.

3. Пространственные регулировки. Используются для изменения панорамы звуковой картины с целью придания большей выразительности или создания специальных звуковых эффектов. Для этого используются регуляторы направления на кажущийся источник звука (КИЗ), регуляторы ширины КИЗ, регуляторы ширины и глубины стереопанорамы.

При профессиональной обработке звукового материала удобно объединять большое количество различных регуляторов в многофункциональные устройства, называемые пультом звукорежиссера. Такие пульты могут использоваться как в процессе записи звуковых фонограмм на носители, так и при их воспроизведении.

Типовой звукорежиссерский пульт содержит входные разъемы для различных источников сигнала, органы амплитудных и частотных регулировок для каждого входа в отдельности, смеситель аудиосигналов (микшер) и группу регуляторов для суммарного сигнала и ряд разъемов для снятия выходного сигнала в различных форматах. Широкое распространение цифровой вычислительной техники позволило включить в звукорежиссерские пульты помимо перечисленных основных блоков разнообразные дополнительные устройства обработки аудиосигналов. В следующих разделах подробнее рассматриваются строение и принципы работы основных регуляторов параметров аудиосигналов.