§ 8-1]

Основные показатели усилителей низкой частоты

ГЛАВА ВОСЬМАЯ ЛАМПОВЫЕ УСИЛИТЕЛИ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

8-1. ОСНОВНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ УСИЛИТЕЛЕЙ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

1. Коэффициент усиления. Р&зличают коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности. Для ламповых схем наибольшее практическое значение имеет коэффициент' усиления по напряжению, представляющий собой отношение выходного напряжения усилителя или отдельного каскада к его входному напряжению.

Коэффициент усиления можно выражать в децибелах:

/Саб = 20 \gK.

При нескольких каскадах нх общий коэффициент усиления

общ = К1К2К3 . . Кгг

или в децибелах

Кобщ. дб = Kid6 + К^дб + Кздб , + Кпдб-

2. Номинальная выходная мощность - наибольшая мощность, отдаваемая усилителем в нагрузку, при которой искажения не превышают заданной величины. Определяется в вольт-амперах по следующей формуле:

где f/gbix - выходное напряжение на нагрузке усилителя, в;

1 - полное сопротивление нагрузки, ом.

3. Нормальная выходная мощность составляет -0,1 от максимальной выходной мощности.

4. Номинальное выходное напряжение - эффективное напряжение на нагрузке усилителя, соответствующее номинальной выходной мощности.

5. Нормальное выходное напряжение - напряжение на нагрузке усилителя, соответствующее нормальной выходной мощности. Определяется по следующей формуле:

г^норм = К0ЛяГ

6. Полоса пропускаемых частот (полоса пропускания) - область частот, в пределах которой изменения коэффициента усиления не выходят за заданные допустимые пределы. Обычно на граничных частотах макс и мин допускается уменьшение коэффициента усиления на 3 дб по сравнению с его величиной на средних частотах.

7. Динамический диапазон амплитуд - отношение амплитуды наибольшего напряжения (или мощности) сигнала к амплитуде наименьшего напряжения (или мощности). Нижний уровень динамического диапазона ограничивается собственными шумами усилителя, а верхний - искажениями, возникающими за счет нелинейности характеристик ламп. Удовлетворительная передача достигается в том случае, когда воспроизводятся мощности, отличающиеся одна от другой в 10* раз; передаваемые в этом случае напряжения отличаются в 10 раз, а динамический диапазон усилителя равен 60 дб.

8. Входное сопротивление усилителя - сопротивление, действующее между входными гнездами усилителя для переменного тока и создающее нагрузку для источника сигнала звуковой частоты. Входное сопротивление зависит от частоты входного напряжения. Требуемая величина его выбирается в зависимости от свойств источника сигнала. В большинстве случаев входное сопротивление делают возможно большим, чтобы увеличить создаваемое источником напряжение сигнала на входе усилителя. Входное сопротивление усилителя, работающего от детектора приемника, звукоснимателя или магнитофона, должно быть не меньше 0,5 М.ом.

9. Амплитудно-частотная (частотная) характеристика - зависимость коэффициента усиления от частоты нли, что то же, зависимость выходного напряжения от частоты при постоянной величине звукового напряжения, подводимого к входным гнездам усилителя.

Способ снятия. На входные гнезда усилителя от звукового генератора подается напряжение 0,25 е частоты 1 ОШгц. Регулятором громкости устанавливают напряжения на нагрузке усилителя, равное нормальному нли 0,25 номинального выходного напряжения. Регуляторы тембра устанавливают в положение, соответствующее наиболее широкой полосе пропускания. Затем, изменяя частоту генератора и поддерживая напряжение на входных гнездах усилителя постоянным, снимают зависимость выходного напряжения от частоты и представляют эту зависимость в виде кривой. После деления выходных напряжений на постоянное входное напряжение эта же кривая определяет частотную зависимость коэффициента усиления. На оси ординат обычно откладывают выраженное в децибелах изменение выходного напряжения V или коэффициента усиления К на данной частоте по сравнению с выходным напряжением {/к , или усилением К'юоо на средней частоте 1 ООО гц. Это отклонение вычисляют по формуле

201g-=201g-.

10. Частотные искажения - искажения, вызываемые непостоянством коэффициента усиления на разных частотах. Степень искажений на отдельных частотах выражается коэффициентом частотных искажений, равным отношению коэффициента усиления на средней частоте к коэффициенту усиления на данной частоте. Коэффициент частотных искажений в области нижних звуковых частот равен:

и в области верхних звуковых частот равен:

где /Сер. и /Сб - коэффициенты усиления на средних, нижних и верхних частотах.

Способ измерения. От генератора звуковой частоты на входные гнезда усилителя подают напряжения 0,25 в частоты 1 ООО гц и регулятором громкости устанавливают напряжение на нагрузке усилителя, равное нормальному. Затем перестраивают генератор на крайнюю частоту диапазона, н не изменяя входного напряжения н положения регулятора громкости, вновь замеряют напряжение на нагрузке усилителя. Отношение этих напряжений, выраженное в относительных единицах илн в децибелах, и будет показывать коэффициент частотных искажений.

Определить коэффициент частотных искажений можно и по частотной характеристике усилителя.

11. Нелинейные искажения - искажения, обусловленные наличием в схеме усилителя нелинейных элементов (электронная лампа, трансформатор или дроссель с ферромагнитным сердечником и др.).

Нелинейные искажения проявляются в том, что на выходе усилителя возникают новые частоты (гармоники и комбинированные тона), которых не было во входном сигнале. Наибольшее практическое значение имеет возникновение второй и третьей гармоник.

Коэффициент нелинейных искажений равен отношению корня квадратного из суммы квадратов выходных напряжений всех высших гармоник, возникающих в результате нелинейных искажений, к выходному напряжению основной частоты при подаче на вход усилителя синусоидального сигнала:

Y vl + vl + ---Wn

Способ измерения. Коэффициент нелинейных искажений в зависимости от полосы пропускания усилителя наме-

ряют на частотах 50, 100, 200, 400, 1 ООО, 2 ООО и 5 ООО гц. На входные гнезда усилителя от звукового генератора. . подают напряжение 0,25 в одной из указанных частот, . Регулятором громкости устанавливают напряжение на нэт грузке усилителя, равное номинальному, а регуляторы тембра переводят в положение максимального усиления . на крайних частотах. Затем анализатором гармоник измеряют выходные напряжения основной частоты и всех ярко выраженных гармоник. Коэффициент нелинейных искажений вычисляют по приведенной формуле.

В случае отсутствия анализатора гармоник коэффициент нелинейных искажений можно определить с помощью измерителя нелинейных искажений, который непосредственно измеряет величину у в процентах, но не позволяет измерять выходные напряжения отдельных гармоник.

При подаче на вход усилителя двух или нескольких синусоидальных колебаний с различными частотами на выходе усилителя вследствие нелинейных искажений возникают не только их гармоники, но и колебания комбинационных частот, равных сумме и разности основных частот, умноженных на целые числа (1, 2, 3). Это явление называют также взаимной модуляцией (интермодуляцией). Специальные количественные характеристики для комбинационных колебаний применяют редко, так как их появление обусловлено нелинейностью усилителя, которая, достаточно хорошо оценивается коэффициентом нелинейных искажений.

12. Ручная регулировка громкости оценивается диапазоном изменения коэффициента усиления при полном повороте регулятора усиления. Для большинства усилителей он должен быть не менее 40 дб.

Способ измерения. При регуляторе громкости, установленном в положение максимального усиления, на выходные гнезда усилителя от звукового генератора подается такое напряжение частоты 400 или 1 ООО гц, при котором на нагрузке усилителя получается нормальное выходное напряжение. Затем регулятор громкости переводят в положение минимально возможного усиления и увеличивают напряжение от звукового генератора до тех пор, пока на нагрузке усилителя вновь не будет получено напряжение, соответствующее нормальной выходной мощности.

Отношение напряжений звукового генератора при максимальном и минимальном усилениях, выраженное в децибелах, характеризует диапазон регулирования громкости.

13. Действие регуляторов тембра определяется по изменениям амплитудно-частотной характеристики усилителя при различных положениях регуляторов тембра.

Способ снятия. На входные гнезда усилителя от звукового генератора подают напряжение 0,25 в частоты 1 ОООгц. Регуляторы тембра переводят в положение, при котором усиление верхних и нижних частот максимально, и регулятором громкости устанавливают на нагрузке усилителя нормальное напряжение. Затем, изменяя частоту звукового генератора в пределах заданного диапазона и поддерживая напряжение на входе постоянным, снимают зависимость выходного напряжения от частоты.

После этого, не изменяя положения регулятора громкости, переводят регуляторы тембра в положение минимального усиления верхних и нижних частот (наиболее узкая полоса пропускания) и вновь снимают зависимость выходного напряжения от частоты. По полученным данным вычерчивают кривые, которые и показывают действие регуляторов тембра.

Иногда снимают характеристики при различных крайних положениях регуляторов тембра (одни - в положении максимального усиления, а другой - максимального ослабления, и наоборот).

14. Пределы регулирования тембра - величина, показывающая,.во сколько раз можно при помощи регулятора

8-2]

Построение и порядок расчета усилителей низкой частоты

тембра увеличить или уменьшить усиление на данной частоте. Иногда максимальное и миниальное усиление на данной частоте, получаемое при крайних положениях регулятора тембра, сравнивают не друг с другом, а с усилением на средней частоте полосы пропускания (обычно - 1 ООО гц).

Способ измерения аналогичен предыдущему, но отличается тем, что измерения проводят на трех частотах: 1 ООО гч и крайних частотах заданной полосы частот. Нормальное выходное напряжение устанавливают на частоте 1 ООО гц и при регуляторах тембра, находящихся в положении наибольшего усиления верхних и нижних частот. Выходное напряжение измеряют на крайних частотах заданной полосы частот при различных положениях регуляторов тембра и при неизменном положении регулятора громкости.

Отошение напряжений, обусловленных переводом регуляторов тембра из одного крайнего положения в другое (на данной частоте), выраженное в децибелах, показывает предел регулирования тембра.

15. Тонкомпенсация при регулировании громкости - изменение частотной характеристики усилителя в зависимости от положения ручки регулятора громкости. Тонкомпенсация имеет целью такое изменение частотной характеристики усилителя в зависимости от громкости звука, которое соответствует изменениям частотных характеристик человеческого слуха при разных громкостях, это позволяет сохранять одинаковым восприятие слушателем тембра звука при различных установках регулятора громкости.

Способ снятия. От звукового генератора на входные зажимы усилителя подают такое напряжение частоты \Ш)гц, которое при регуляторе громкости, установленном в положение максимального усиления, развивает на нагрузке усилителя номинальное выходное напряжение, и снимает частотную характеристику усилителя. Далее вновь устанавливают частоту 1 ООО гц, регулятором громкости уменьшают выходное напряжение на 20 дб и опять снимают частотную характеристику усилителя. Снятие частотных характеристик повторяют несколько раз, каждый раз уменьшая регулятором громкости выходное напряжение еще на 10 дб. По полученным данным строят характеристики усилителя при различных положениях регуля- торагрсмкости, которые примерно должны соответствовать кривым равной громкости. Это получается в том случае, когда при каждом изменении напряжения на частоте 1 ОООгг^на 20 дб на частоте 100 гц напряжение изменяется на И ± 2 дб.

16. Уровень фона - отношение напряжения фона к номинальному выходному напряжению усилителя.

Способ измерения. Напряжение фона измеряется на выходе усилителя. Входные гнезда должны быть замкнуты накоротко, а регуляторы громкости и тембра - установлены в положение наибольшего напряжения фона.

Измеренное напряжение фона, отнесенное к номинальному выходному напряжению и выраженное в децибелах, показывает уровень фона усилителя.

Если усилитель имеет на выходе антифонное устройство (например, антифонную катушку в громкоговорителе), то измерение напряжения фона производят до этого устройства (на вторичной обмотке выходного трансформатора).

17. Выходное сопротивление усилителя - сопротивление для переменного тока звуковой частоты, измеряемое между выходными гнездами усилителя при условии, что источник сигнала подключен ко входу усилителя, но бездействует (т. е. ко входу усилителя присоединено внут- реннее сопротивление источника сигнала, но напряжение источника сигнала равно нулю). Выходное сопротивление усилителя служит шунтом для громкоговорителя и притупляет его резонансные свойства, вследствие чего частотная характеристика громкоговорителя выравнивается.

Поэтому выходное сопротивление усилителя желательно иметь небольшим; у хороших усилителей оно составляет десятые и даже сотые доли ома.

Если оконечный каскад работает с токами сетки, то предшествующий ему каскад должен иметь возможно более низкое выходное сопротивление дли ослабления нелинейных искажений, создаваемых сеточными токами.

8-2. ПОСТРОЕНИЕ И ПОРЯДОК РАСЧЕТА УСИЛИТЕЛЕЙ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Любительские усилители низкой частоты, предназначенные для работы в приемнике, телевизоре или как самостоятельные усилители, например для граммофонных проигрывателей, обычно строят по блок-схеме, приведенной на рис. 8-1. Такие усилители всегда имеют в х о д-

Входная цепь

Предварительный усилитель

Усилитель мощности

Выходная

цепь (нагрузка)

Рис. 8-1. Блок-схема усилителя низкой частоты^

ную цепь, рассчитанную на тот или иной источник входного напряжения (микрофон, звукосниматель, детекторный каскад приемника и т. п.), предварительный усилитель (или усилитель напряжения), предназначенный для увеличения напряжения, поступающего от источника выходного напряжения, до определенной величины, необходимой для нормальной работы оконечного каскада, усилитель мощности (оконечный каскад), отдающий в выходную цепь заданную мощность полезного сигнала, и выходную цепь или нагрузку усилителя (громкоговоритель, трансляционная линия, магнитофоннаи головка и т. п.).

В зависимости от назначения усилитель может иметь один или несколько каскадов предварительного усиления, однотактный или двухтактный усилитель мощности, а также цепи коррекции или отрицательной обратной связи.

При расчете усилителя обычно бывают известны напряжение источника полезного сигнала, требуемая полоса пропускаемых усилителем частот, коэффициент нелинейных искажений, сопротивление и мощность (или напряжение) нагрузки. Помимо этого, необходимо задаться величиной частотных искажений и правильно распределить ее между отдельными каскадами.

Частотные искажении обусловлены наличием в схеме реактивных элементов. При значительных частотных искажениях тембр звучания может настолько измениться, что слова передачи сделаются неразборчивыми, а звучание отдельных музыкальных инструментов - трудно различимыми. Для неискаженного воспроизведения различных программ необходимо достаточно равномерное усилиение всех частот в пределах заданной полосы пропускания. Однако практическое выполнение этого условия не всегда оказывается возможным. На опыте установлено, что частот-в ные искажения незаметны на слух в том случае, когда величина их на краях полосы пропускания не превышает 2-3 дб, т. е. должно выполняться условие

0,7 < М < 1,45.

Так как общий коэффициент частотных искажений усилителя, состоящего из нескольких каскадов, определяется выражением

М = Мз . . . Мп,

где iWg и т. д. - коэффициенты частотных искажений отдельных каскадов, то допустимые частотные искажё.