Wzmacniacze małej częstotliwości są urządzeniami

Wzmacniacze małej częstotliwości są urządzeniami wzmacniającymi sygnały elektryczne o
częstotliwości akustycznej, zazwyczaj w zakresie 30Hz - 15kHz.
Wzmacniacz akustyczny składa się z kilku stopni:
- stopnia wstępnego, zwanego przedwzmacniaczem, który jest sterowany przez źródło
sygnału,
- stopni pośrednich, sterowanych przez poprzedni stopień wzmocnienia; wzmacniacze te są
zazwyczaj o jednakowym rozwiązaniu i są wzajemnie dopasowane,
- stopnia końcowego lub inaczej stopnia mocy, dostarczającego sygnały o dużym poziomie do
urządzenia wyjściowego, np. głośnika.
Poszczególne stopnie wzmocnienia mogą być sprzężone między sobą lub źródłem:
bezpośrednio - sprzężenie bezpośrednie jest stosowane w zasadzie we wzmacniaczach prądu
stałego. We wzmacniaczach małej częstotliwości sprzężenie to jest rzadziej stosowane ze
względu na brak separacji poszczególnych stopni.
pojemnościowo - sprzężenie pojemnościowe jest stosowane często we wzmacniaczach małej
częstotliwości ze względu na prostotę i niski koszt.
transformatorowo - sprzężenie transformatorowe dopasowanie impedancji wejściowej i
wyjściowej oraz symetryzację lub asymetryzację sygnałów. Wadą sprzężenia jest wysoki
koszt transformatorów, ciężar, a poza tym pogorszenie charakterystyki częstotliwościowej.
We wzmacniaczach małej częstotliwości małych sygnałów sprzężenie to jest stosowane.
Wielkościami charakteryzującymi wzmacniacze małej częstotliwości są:
- wzmocnienie mocy,
- moc wyjściowa P0 [ W ],
- wzmocnienie napięciowe Au [ dB ] ,
- współczynnik zawartości harmonicznych (zniekształcenia nieliniowe) h [%],
- zniekształcenia częstotliwościowe ( liniowe ),
- impedancja wejściowa i wyjściowa,
- pasmo przenoszenia BW [ Hz ],
- sprawność energetyczna h0 [ % ],
- napięcie szumów na wyjściu [ mV ],
- spoczynkowy prąd zasilania ICCQ [ mA ].
Wzmocnieniem mocy wzmacniacza nazywa się iloraz mocy wydzielonej w jego obwodzie
wejściowej do mocy dostarczonej przez źródło sygnału do obwodu wejściowego
wzmacniacza.
Moc wyjściowa jest to moc, którą wzmacniacz może wydzielić na znamionowej impedancji
obciążenia przy danej częstotliwości lub w danym paśmie częstotliwości bez przekroczenia
określonego współczynnika zniekształceń nieliniowych w ciągu 10 minut.
Wzmocnieniem napięciowym wzmacniacza jednostopniowego ku1 nazywa się liczbę
określającą, ile razy napięcie wyjściowe jest większe od napięcia wejściowego. Wypadkowe
wzmocnienie wzmacniacza wielostopniowego jest równe iloczynowi wzmocnień
napięciowych poszczególnych stopni.
Zniekształcenia nieliniowe polegają na powstawaniu sygnału o częstotliwościach
harmonicznych i kombinowanych. Sygnał na wyjściu urządzenia zawiera dodatkowe
składowe, których nie było w sygnale wejściowym. Przyczyną powstawania zniekształceń
nieliniowych są nieliniowe zależności prądowo-napięciowe elementów ( tranzystorów, diod,
lamp ). W wyniku oddziaływania sygnału na element nieliniowy sygnał ulega zniekształceniu,
np. obcięcie części wierzchołków sygnału sinusoidalnego. Na wejściu wzmacniacza
otrzymuje się tym większe zniekształcenie napięcia im większe są amplitudy poszczególnych
harmonicznych. Wartość zniekształceń nieliniowych wzmacniacza, do wejścia którego
doprowadzamy napięcie sinusoidalne, określa tzw. Współczynnik zawartości harmonicznych.
Zniekształcenia nieliniowe wzmacniacza akustycznego, jeśli nie przekraczają 10%, są
praktycznie niezauważalne przez słuchającego.
Zniekształcenia liniowe możemy podzielić na:
- zniekształcenia tłumione ( częstotliwościowe ),
- zniekształcenia fazowe.
Zniekształcenia tłumieniowe są wywołane nierównomiernym wzmocnieniem napięcia w
funkcji częstotliwości. Zniekształcenia fazowe występują z powodu niewłaściwych
przesunięć kątów fazowych napięcia i prądu w funkcji częstotliwości.
Pasmo przenoszenia zgodnie z normą PN-74/T-06251/07 dla wzmacniaczy Hi-Fi minimalne
pasmo przenoszenia powinno wynosić 40Hz - 16kHz .
Impedancja wejściowa wzmacniacza jest to impedancja, jaką przedstawia sobą wejście
wzmacniacza dla znamionowych warunków pracy.
Impedancja wyjściowa decyduje o wartości impedancji obciążenia, która może być
dołączona przy określonej sprawności wzmacniacza.
Sprawność energetyczna - Bardzo ważnym kryterium oceny jakości wzmacniacza mocy jest
sprawność energetyczna, definiowana następująco:
n =Pac/Pdc [%]
gdzie:
Pac - moc użyteczna wzmacniacza Pac, jest to moc sygnału dostarczanego do obciążenia i
niosącego informację.
Pdc - moc zasilania Pdc , jest to moc dostarczana do układu ze źródła zasilania.
Współczynnik h najczęściej jest podawany w procentach i wskazuje, jaka część mocy
zasilania jest przetwarzana na moc użyteczną
Wzmacniaczami mocy nazywamy te wzmacniacze elektroniczne, w których najistotniejsza
jest moc sygnału wyjściowego. Oprócz dużej sprawności wzmacniacz mocy powinien
charakteryzować się możliwie małymi zniekształceniami sygnału wyjściowego i stratami
energii na elementach wzmacniających.
Wzmacniaczami mocy są np: wzmacniacze głośnikowe w radioodbiornikach (o mocy
wyjściowej od kilkuset mili watów do kilkudziesięciu watów ) lub wzmacniacze tyrystorowe
sterujące silnikami elektrycznymi o mocy kilkuset watów, a nawet kilku megawatów.
Wzmacniacze mocy oddają dużą moc do odbiornika energii, dlatego wymagamy od nich
dużej sprawności i dobrego wykorzystania elementu wzmacniającego. Wzmacniacze mocy są
zazwyczaj stopniami końcowymi wzmacniaczy wielostopniowych. W urządzeniach
pomiarowych, regulacyjnych i akustycznych wymagamy, aby wzmacniacz mocy pracował
bez zniekształceń nieliniowych, to element wzmacniający (tranzystor) musi pracować w
obszarze prostoliniowej części charakterystyki. Praca taka powoduje jednak ograniczenie
mocy i sprawności wzmacniacza.
Pierwszy, który skonstruował wzmacniacz małej częstotliwości z lampą elektronową był Lee
De Foresta, było to przeszło 75 lat temu. Era wzmacniaczy lampowych trwała przez około 40
lat. Następnym etapem było wykorzystanie do budowy wzmacniaczy elektroakustycznych
elementów półprzewodnikowych.
Wraz z pojawieniem się wzmacniaczy tranzystorowych Hi-Fi pojawiły się uwagi dotyczące
wierności i jakości dźwięków odtwarzanych przez te urządzenia. Różnice w brzmieniu
wzmacniaczy lampowych i tranzystorowych wyjaśnił Matti Otala. Przyczyna różnicy brzmień
leży w wartości współczynnika ujemnego sprzężenia zwrotnego. Dla wzmacniaczy
lampowych wartość w/w współczynnika jest mała ze względu na małe wzmocnienie
wzmacniaczy lampowych. Wzmacniacze tranzystorowe ze względu na duże wzmocnienie
tranzystorów muszą być objęte dużym, ujemnym sprzężeniu zwrotnym, powoduje to
powstanie zniekształceń typu TIM.
Pomimo dużego postępu w konstruowaniu wzmacniaczy elektro akustycznych, związek
pomiędzy parametrami obiektywnymi a subiektywnymi wrażeniami w czasie odsłuch audycji
jest nie do końca wyjaśnione. Słuch ludzki ma tak subtelne własności, że ciągle zaskakuje nas
nowymi niespodziankami.
Wzmacniacz mocy jest podstawową częścią zestawu elektroakustycznego z uwagi na moc
wyjściową i wnoszone zniekształcenia.