Меню

Чему равно входное напряжение усилителя

Чему равно входное напряжение усилителя

Производители звукотехники, выпуская изделия на рынок, обязательно указывают в паспорте технические характеристики. Ориентироваться в них непросто. Неискушенный покупатель в лучшем случае спросит у продавца о мощности усилителя, полосе частот, на худой конец, об искажениях. И, как правило, получит формальный ответ: мощность усилителя 100 ватт, полоса частот не хуже 20 Гц — 20 кГц, искажения — три сотки, что означает 0,03%. Однако многие усилители имеют подобные характеристики. Добиться их в настоящее время — задача несложная, но при одинаковых характеристиках аппараты могут звучать по-разному. Так на что же следует обращать внимание в первую очередь?

Каждое звено в цепи воспроизведения обладает своими особенными характеристиками, мы намерены указать их отдельно для акустики, усилителей (предварительного и мощности), проигрывателей (винила и компакт-дисков) и других источников и преобразователей сигнала.

Начнем с наиболее популярного и необходимого — предварительного усилителя. В английском он часто называется Line preamp, Control amp, Phono amp, Head amp, то есть аппарат, предназначенный для работы с различными источниками сигнала. Итак, рассмотрим его основные технические характеристики.

Характеристики предварительных усилителей:

Частотный диапазон
или полоса воспроизводимых частот
Frequency response

В зависимости от источника сигнала, указывается по двум входам. По входу головки звукоснимателя указывается отклонение частотной характеристики от уровня на частоте 1 кГц, в полосе частот 30 Гц — 15 кГц, либо 20 Гц — 20 кГц (смотря каким стандартом пользуется изготовитель). Например: Frequency response Disc input (RIAA Ref.1 kHz, 30 Hz to 15 kHz) +0.2/–0.25 dB.

По входам Aux/Line указывается частотная характеристика с определенным спадом на краях. Например: Frequency resp. Line –0.5 dB, 2 Hz to 100 kHz; –3 dB 0.88 Hz and >200 kHz.

В первом случае характеризуется качество корректора звукоснимателя при воспроизведении виниловых грампластинок. Естественно, чем меньше отклонение, тем лучше. Для техники высокого уровня допустимы отклонения ± 1дБ в полосе 20 Гц — 20 кГц. Ширина частотного диапазона по линейному входу также определяет качество аппарата — чем шире полоса частот, тем лучше. Особенно это касается расширения в сторону низких частот, вплоть до постоянного тока.

Суммарные гармонические искажения
Total Harmonic Distortion + Noise

Они отражают наличие продуктов искажений в спектре простых (синусоидальных) сигналов. Величина суммарных гармонических искажений является функцией частоты при сигнале на выходе 1 В. Как правило, на краях диапазона имеет тенденцию к росту. Оценку гармонических искажений проводят по основным входам, отдельно для ММ, МС* и линейного входа. Указывается в процентах, либо в децибелах, 0.01% соответствует минус 80 дБ. Для транзисторной техники цифры порядка 0.005 — 0.05% являются типичными, для ламповой и 0.1% — приемлемая величина. Надо сказать, что суммарное значение гармонических искажений не является определяющим показателем хорошего звучания. Данная характеристика лишь формально описывает реакцию системы на входной сигнал. Как известно, ни один измерительный сигнал не способен заставить систему реагировать так, как это происходит при подаче реального звукового сигнала. Тем не менее разработчики стремятся любые искажения свести к минимуму.

Отношение сигнал/шум
S/N ratio (IHF, CCIR, IEC-A)

В скобках указывается, какие применялись взвешивающие фильтры (обозначаются они по названию организаций, рекомендующих применение данного фильтра). Предварительный усилитель, имеющий низкое значение отношения сигнал/шум, будет не только шуметь как примус, но, что значительно хуже, съест тонкую музыкальную структуру звучания голосов и инструментов. Отношение сигнал/шум измеряется в децибелах, по каждому входу отдельно (вход закорачивается), по отношению к сигналу на выходе напряжением 1В и частотой 1 кГц. Для МС и ММ входов вполне достаточно 70-ти дБ. Линейный вход имеет, как правило, значение лучше, обычно порядка 85 — 95 дБ. Есть и чемпионы, как, например, предусилитель фирмы Primare Systems Model 201 с отношением сигнал/шум по линейному входу 102 дБ со взвешивающим фильтром IEC-A.

Чувствительность по входу
Input Sensitivity

Указывает напряжение на входе, при котором напряжение на выходе усилителя будет равно 1 В. Сигнал на выходе источника для каждого из входов должен быть не меньше параметра чувствительности. В противном случае сигнал на выходе предусилителя будет иметь значительный шум или будет недостаточен для «раскачки» усилителя мощности. Например: Input Data (Sensitivity/Loading) Disc (MM)—0.5 mV/47 k, Disc (MC)—0.06 mV/47 Ohms, Aux/CD input — 100 mV/ 50 k. Типичными значениями чувствительности для предварительного усилителя являются следующие цифры: по входу МС — 0.2 — 0.3 мВ, по входу ММ — 1 — 3 мВ, по линейному входу — 100 — 200 мВ.

Разделение между каналами
Channel separation

Могут употребляться другие термины: Stereo Separation, Crosstalk. Характеризует проникание сигнала из канала в канал, измеряется в децибелах. Как правило, разделение между каналами имеет тенденцию к уменьшению с ростом частоты, что приводит к ухудшению восприятия стереообраза на высоких частотах. Типичные значения для входов звукоснимателей на частоте 1 кГц — 80ё70дБ, на 20 кГц—50ё45дБ. По линейному входу этот показатель лучше на 10ё15дБ. Надо сказать, что у лучших головок звукоснимателей разделение между каналами на частоте 20 кГц достигает 30ё35 дБ, так что многие усилители с показателями, близкими к 35ё40 дБ, будут звучать плохо из-за потери локализации, глубины стереообраза, детальности на частотах выше 10 кГц. Пожалуй, чемпионом по этой характеристике может считаться American Hybrid Technology, имеющий в худшем случае 115 дБ!

Входной и выходной импедансы
Input/Output impedance

Для согласования с ММ-головками звукоснимателей предусилитель может иметь переключатель входного сопротивления, скажем, от 10 кОм до 47 кОм. МС головки рассчитаны на меньшее значение импеданса. Канадский усилитель Sonic Frontiers SFP-1, например, при штатном сопротивлении на входе ММ/МС 47 к, комплектуется набором резисторов от 10 Ом до 1 кОм для точного согласования с применяемой головкой. Однако это вряд ли удобно для владельца, который должен самостоятельно решить, какой резистор ему ставить, да еще сделать достаточно качественные пайки. Линейный вход, как правило, имеет входной импеданс не ниже 30 кОм. Меньшее сопротивление создаст сложности для компакт-проигрывателей, магнитофонов, тюнеров: так как их выход может быть не приспособлен для работы на низкое сопротивление, возможно сильное ослабление сигнала. Выходное сопротивление характеризует способность системы работать на низкоомную нагрузку, например, на входное сопротивление усилителя с длинным межблочным кабелем. Так например, английский Art Audio VP1 имеет выходное сопротивление 35 кОм, что с трехметровым кабелем к усилителю мощности и сопротивлением по входу 10 кОм даст затухание 7 дБ на 20 кГц! Поэтому, чем ниже выходное сопротивление предусилителя, тем лучше. Типичным значением можно считать 1 кОм на частоте 1 кГц.

Читайте также:  Стабилизаторы напряжения для плазмореза

Присутствие напряжения смещения на выходе
DC offset

Характеристика обязательная для высококачественной аппаратуры! Например, 50 мВ на выходе предусилителя, поданные на открытый вход усилителя мощности с усилением в 30 дБ, дадут на его выходе около 1.8 В постоянного напряжения! Конечно, такое напряжение не способно повредить акустическую систему (СЧ и ВЧ головки будут защищены фильтром, для НЧ головки такое напряжение не опасно), однако оно способно вызвать значительное смещение диффузора НЧ головки. В свою очередь это приведет к асимметрии расположения звуковой катушки в магнитном зазоре и увеличит искажения в НЧ области.

Техника высокого класса имеет балансные входы и выходы, что позволяет избежать проблем, возникающих с появлением постоянного напряжения на выходе предусилителя. Если у вас однотактный вход (разъем RCA) усилителя, а сам усилитель не имеет схемы, обеспечивающей отсутствие постоянного напряжения на выходе усилителя (DC servo), то при выборе предусилителя следует обратить внимание на этот параметр. Заметим, что величина смещения на выходе может быть разной у разных экземпляров одного и того же аппарата, однако цифра ±10мВ вполне допустима во всех случаях.

Приведенный перечень технических характеристик, конечно же, не исчерпывающий. Мы привели, на наш взгляд, основные, необходимые при оценке и выборе предварительного усилителя.

Характеристики усилителя мощности:

Задача выбора усилителя мощности не менее сложна, чем выбор предусилителя. Прежде чем принять решение, что возможно только после музыкального прослушивания, давайте заглянем в паспорт и ознакомимся с техническим характеристиками.

Выходная паспортная мощность
Power output, Rated power

Это главная характеристика усилителя. Измеряется в ваттах на синусоидальном сигнале при заданной нагрузке. Обычно указывается мощность при нагрузке 8 и 4 Ом. Однако на музыкальном сигнале сопротивление АС падает порой до 1 Ома. Поэтому невредно поинтересоваться у продавца, какую мощность усилитель может отдать на 2-х омной нагрузке. Если мощность усилителя указана 100 Вт/8 Ом и 200 Вт/4 Ом — это отличная мощная машина, которой не страшны даже самые низкоомные колонки. Однако дело не в цифрах 100, 200, 500, 1000. Если у усилителя даже 20 Вт/8 Ом и 40 Вт/4 Ом, это также хорошо. Важно, чтобы мощность возрастала вдвое при уменьшении нагрузки в 2 раза. Такой усилитель обладает большой перегрузочной способностью, и если вы поменяете акустику на более низкоомную, усилитель не подведет.

Иная картина с ламповыми усилителями. Здесь, как правило, имеется несколько выходов (выходной трансформатор имеет отводы на вторичной обмотке для подключения соответствующей нагрузки). Если ваша акустическая система имеет сопротивление 8 Ом, подключите ее на 8-омный выход, если 4 Ома — на 4-омный. При правильном подключении усилитель отдаст максимальную мощность, на которую он рассчитан.

Полоса частот, частотный диапазон на уровне –3дБ
(при мощности вдвое меньше паспортной)
Power bandwidth (–3dB point)

Как правило, у транзисторных усилителей диапазон частот шире, чем у ламповых (от нескольких герц до сотен килогерц). Например, усилитель Audio Research D300 имеет полосу от нуля герц (постоянный ток) до 150 килогерц. А ламповый V70 той же фирмы — 12 Гц — 40 кГц, что однако не мешает его высокой популярности у аудиофилов.

Кратковременное пиковое значение выходного тока (при нагрузке 1 Ом)
Peak output current

Характеризует мощность блока питания, надежность выходного каскада. У лучших транзисторных усилителей этот показатель порядка ± 30ё60А. Про такой усилитель можно сказать, что он управляет акустикой «железной рукой в бархатной перчатке». Хорошие ламповые усилители отдают в нагрузку ток порядка ± 10ё15А. Высокие значения выходного тока обеспечивают глубокий, плотный бас.

Характеристика искажений
Distortion

Могут указываться и гармонические и интермодуляционные. Чем меньше эта цифра в процентах или в децибелах, тем меньше искажений вносит в усиливаемый сигнал данный усилитель. Однако более важна не величина, а спектр продуктов искажения. Двухтактные усилители эффективно подавляют в выходном каскаде вторую гармонику, но при этом могут иметь длинный хвост из четных и нечетных гармоник. У однотактных ламповых гармоники значительно больше по уровню, но они быстро затухают и, как правило, выше пятой гармоники искажений в спектре нет.

Ламповая техника имеет несколько худшие показатели по искажениям, но уже упомянутый Audio Research V70, имея 1 % искажений на максимальной мощности 60 Вт, по свидетельству зарубежных экспертов, звучит прекрасно. Измерения гармонических искажений производят на разных частотах, как правило, 20Гц, 1кГц и 20кГц, и выходных мощностях 1VA, 2/3 паспортной и на максимальной паспортной. На крайних частотах и на максимальной мощности может наблюдаться значительное увеличение уровня искажений.

Читайте также:  Лекции по сопромату напряжения

В середине 70-х годов было модно приводить характеристики усилителя при различных интермодуляционных тестах. Появились понятия TIM (Transient InterModulation) — переходных, DIM (Dinamic InterModulation) — динамических интермодуляций. В настоящее время поведение усилителя при сложных измерительных сигналах интересует только специалистов и разработчиков. Мы же упомянем лишь стандартные измерения интермодуляционных искажений при одновременной подаче 2-х тонов 19 кГц/20 кГц на полной мощности. Хороший усилитель должен иметь показатель в пределах 0.02 — 0.1 %.

Входные импеданс и чувствительность
Input Impedance, Input Sensitivity

Типичной цифрой для импеданса является 30 — 100 кОм. Входное сопротивление ниже 30 кОм может серьезно повлиять на частотную характеристику сигнала, поступающего от предусилителя.

Под чувствительностью понимается напряжение, поданное на вход, при котором усилитель развивает паспортную мощность. Обычным значением является 0.5 — 2 В.

Выходное сопротивление
Output Impedance

Характеризует способность усилителя одинаково хорошо работать на акустические системы как с высоким, так и с низким импедансом. Существует заблуждение, что чем больше коэффициент демпфирования (номинальный импеданс акустической системы, деленный на выходное сопротивление усилителя), тем лучше управление акустикой по басу. Однако коэффициент демпфирования, равный 2000, окажется лучше 20-ти всего лишь на 5 — 10 % на НЧ характеристике, т.е. ожидаемое увеличение звукового давления на НЧ менее 1 дБ! Тем не менее, очень малое значение демпфирования, положим, меньше 10, может привести к заметному изменению частотной характеристики АС.

Мощность источника питания. Энергия, запасенная в конденсаторах и индуктивностях фильтра.
Power supply capacitance. Energy storage.

Именно эта энергия определяет динамический диапазон при воспроизведении. Измеряется в джоулях. Типичный усилитель с двумя конденсаторами по 10 000 мкФ на 60 В имеет всего 72 Дж. (Транзисторные чемпионы имеют суммарную емкость конденсаторов порядка 0.5 — 1.0 фарады). Для сравнения, у фотовспышки в средней фотостудии — 500 — 1000 Дж. А вот у Audio Research V140 — 415 Дж. Представляете, какие мускулы у этого лампового моноусилителя! Поэтому, когда приводится эта характеристика, обязательно обратите на нее внимание.

Мы намеренно не привели такие характеристики, как отношение сигнал/шум, разделение между каналами, присутствие постоянного напряжения на выходе. Они по определению и измерению подобны приведенным выше у предусилителя. Рекомендуемые в данной статье пределы параметров не следует рассматривать как жесткие ограничения при выборе усилителей. Даже в усилителях высокого класса возможны отклонения одного-двух параметров от приведенных здесь диапазонов. Окончательный выбор должен определяться результатами прослушивания.

Если у вас возникнут вопросы по неотмеченным здесь характеристикам или собственные мнения, пишите в редакцию.

А. Белканов. АудиоМагазин №1 (1) 1994

Вас может заинтересовать:

Комментарии к статьям на сайте временно отключены по причине огромного количества спама.

Реклама: Цены на натяжные потолки за 1 с установкой в спб натяжные потолки спб цена. — https://edilvelgi.com другое строительство в Лигурия. — Усилитель сигнала сотовой связи по материалам velasat.ru.

При перепечатке материалов ссылка на первоисточник обязательна.

Источник

Входное напряжение усилителя

Цитата
а входное напряжение интегральных усилителей 150-300 мВ
Цитата
Это не «входное напряжение», а чувствительность входов.

Я попрбую ответить за Юрия. Тем более, что он мне это в свое время и объяснял.

При подаче на вход усилителя сигнала с напряжением равным его чувствительности, усилитель будет выдавать в нагрузку свою максимальную (паспортную) мощность при установке регулятора громкости на максимум.

Цитата
При подаче на вход усилителя сигнала с напряжением равным его чувствительности, усилитель будет выдавать в нагрузку свою максимальную (паспортную) мощность при установке регулятора громкости на максимум.
Цитата
почему в паспортах прописывается выходное напряжение для CD порядка 2 В, а входное напряжение интегральных усилителей 150-300 мВ

На самом деле 2 В — это МАКСИМАЛЬНОЕ выходное напряжение для синусоидального сигнала («0дБ»), что соответствует амплитудному значению около 2,8 В. На самом деле СРЕДНИЙ уровень сигнала с CD составляет от -12 до -20 дБ, то есть в 4-10 раз меньше, или от 500 мВ до 200 мВ эфф. Поэтому усилитель и должен иметь чувствительность этого порядка, иначе номинальной мощности на выходе получить не удастся.

Источник



Диапазоны входных и выходных рабочих напряжений ОУ. Устраняем путаницу

Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.

Мы будем публиковать перевод руководства Трампа на нашем сайте регулярно, дважды в месяц.

У разработчиков зачастую возникают вопросы по поводу допустимых значений питающих напряжений, диапазонов входных и выходных напряжений операционных усилителей (ОУ). Я попытаюсь прояснить ситуацию, чтобы устранить часто возникающую путаницу.

Во-первых, у обычного ОУ нет вывода земли. Стандартный операционный усилитель «не знает», какой потенциал считать нулевым. Таким образом, ОУ не различает, работает он с биполярным питанием (dual supply, ±) или с однополярным (single power supply). Схема будет прекрасно функционировать, пока значения питающих, а также входных и выходных напряжений будут находиться в рамках допустимых диапазонов.

Есть три наиболее важных диапазона рабочих напряжений:

  • Диапазон питающих напряжений (supply-voltage range) определяется как полное напряжение между выводами питания. Например, при заявленном диапазоне ±15 В полный размах напряжения составит 30 В. Диапазон рабочих напряжений питания для ОУ может быть обозначен как 6…36 В. Тогда минимальный размах напряжений составляет ±3 или +6 В. Максимальный размах будет ±18 или +36 В. Диапазон напряжений питания может составлять и вовсе 6/+30 В. И – да, несимметричное питание также может использоваться, если учесть замечания следующих пунктов.
  • Входное синфазное напряжение (common-mode voltage range, СМ) обычно указывается относительно значений рабочих напряжений питания, как показано на рисунке 1. В этом случае в документации используется формульная запись, например, для гипотетического ОУ с синфазным напряжением на 2 В больше отрицательного напряжения питания и на 2,5 В меньше положительного напряжения будет использована примерно такая запись: от (V-)+2 В до (V+)-2,5 В.
  • Диапазон выходного напряжения (output-voltage range) или размах выходного напряжения (output-swing capability) так же, как и в предыдущем случае, указывается относительно значений питающих напряжений. В приведенном примере – от (V-)+1 В до (V+)-1,5 В.

На рисунках 1, 2 ,3 представлена буферная схема повторителя напряжения с коэффициентом усиления G = 1. Ключевая особенность схемы заключается в том, что выходное напряжение усилителя на рисунке 1 будет на 2 В больше, чем значение отрицательного напряжения питания, и на 2,5 В меньше, чем значение положительного напряжения питания. Так получается из-за ограниченного значения входного синфазного напряжения CM. Вам потребуется изменить коэффициент усиления, чтобы расширить диапазон выходных напряжений до максимума.

Схема на рисунке 1 является типовой для ОУ с биполярным питанием. Однако использовать однополярное питание также возможно, если не выходить за границы разрешенных диапазонов напряжений.

Рис. 1. Диапазоны входных и выходных напряжений типового ОУ с биполярным питанием (dual supply)

Рис. 1. Диапазоны входных и выходных напряжений типового ОУ с биполярным питанием (dual supply)

На рисунке 2 представлен так называемый ОУ с однополярным питанием (single-supply op amp). Для него допустимое синфазное напряжение может быть равно размаху напряжения питания, а зачастую даже выходит за его границы. Это позволяет использовать такой ОУ в широком перечне схем, которые работают с близкими к нулю потенциалами. ОУ, который не заявлен как усилитель с однополярным питанием, на самом деле также способен работать в однополярной конфигурации в некоторых схемах, однако реальный однополярный усилитель оказывается более универсальным.

Рис. 2. Диапазоны входных и выходных напряжений типового ОУ с однополярным питанием (single-supply op amp)

Рис. 2. Диапазоны входных и выходных напряжений типового ОУ с однополярным питанием (single-supply op amp)

В буферной схеме с коэффициентом усиления G = 1 такой ОУ обеспечивает потенциал выхода на 0,5 В выше уровня отрицательного напряжения питания за счет ограничения выходного диапазона и на 2,2 В ниже значения положительного напряжения питания за счет ограничения входного синфазного напряжения.

На рисунке 3 показан rail-to-rail ОУ. Вход rail-to-rail способен работать со входными напряжениями, равными или даже превосходящими уровни питающих напряжений. Выход типа rail-to-rail подразумевает, что выходные напряжения ОУ максимально близки к значениям напряжений питания, и обычно отличаются от них всего на 10…100 мВ. Некоторые ОУ обозначают только как усилители с выходом типа «rail-to-rail» и не упоминают о входных характеристиках, показанных на рисунке 3. Технологию «Rail-to-rail» чаще всего применяют для ОУ с однополярным питанием 5 В и ниже, чтобы максимально эффективно использовать ограниченный диапазон питающих напряжений.

Рис. 3. Диапазоны входных и выходных напряжений типового rail-to-rail ОУ

Рис. 3. Диапазоны входных и выходных напряжений типового rail-to-rail ОУ

Усилители rail-to-rail весьма привлекательны благодаря менее жестким ограничениям диапазонов используемых напряжений, однако они не всегда являются оптимальным выбором. Как правило, приходится искать компромиссы с учетом значений других параметров. Именно для этого и нужны разработчики аналоговых схем.

Список опубликованных глав

    1. Диапазоны входных и выходных рабочих напряжений ОУ. Устраняем путаницу
    2. Что нужно знать о входах rail-to-rail
    3. Работа с напряжениями близкими к земле: случай однополярного питания
    4. Напряжение смещения и коэффициент усиления с разомкнутым контуром обратной связи — двоюродные братья
    5. SPICE-моделирование напряжения смещения: как определить чувствительность схемы к напряжению смещения
    6. Где выводы подстройки? Некоторые особенности выводов коррекции напряжения смещения
    7. Входной импеданс против входного тока смещения
    8. Входной ток смещения КМОП- и JFET-усилителей
    9. Температурная зависимость входного тока смещения и случайный вопрос на засыпку
    10. Использование входных резисторов для устранения входного тока смещения. Действительно ли они нужны?
    11. Использование входных резисторов для устранения входного тока смещения. Действительно ли они нужны?
    12. Почему в схемах с ОУ возникают колебания: интуитивный взгляд на две наиболее частые причины
    13. Приручаем нестабильный ОУ
    14. Приручаем колебания: проблемы с емкостной нагрузкой
    15. SPICE-моделирование устойчивости ОУ
    16. Входная емкость: синфазная? дифференциальная? или…?
    17. Операционные усилители: с внутренней компенсацией и декомпенсированные
    18. Инвертирующий усилитель с G = -0,1: является ли он неустойчивым?
    19. Моделирование полосы усиления: базовая модель ОУ
    20. Ограничение скорости нарастания выходного сигнала ОУ
    21. Время установления: взгляд на форму сигнала
    22. Шум резисторов: обзор основных понятий
    23. Шумы операционного усилителя: неинвертирующая схема
    24. Шумы ОУ: как насчет резисторов обратной связи?
    25. 1/f-шум: фликкер-шум
    26. ОУ, стабилизированные прерыванием: действительно ли они шумные?
    27. Развязывающие конденсаторы: они нужны, но зачем?
    28. Неиспользуемые операционные усилители: что с ними делать?
    29. Защита входов от перенапряжений
    30. Могут ли дифференциальные ограничительные диоды на входе ОУ влиять на его работу?
    31. ОУ в режиме компаратора: допустимо ли это?

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

Источник