Усилитель звуковой частоты - устройство, обладающее способностью
усиливать мощность сигнала звуковых частот, поданного на его вход. В состав
УЗЧ входят: непосредственно усилитель, источник питания, нагрузка. Усилительное
устройство содержит: один или несколько усилительных каскадов. Для улучшения
свойств усилительного устройства в его схему вводят обратную связь (ОС). Обратной
связью называют передачу с выхода усилительного прибора части энергии электрического
колебания на его вход. Эта передача может осуществляться по внешним цепям или
внутри прибора, в силу его физических особенностей. В зависимости от соотношения
фаз колебаний поступающим на вход усилителя от источника сигнала и с выхода
через цепь обратной связи, обратная связь может быть положительной или отрицательной.
Положительная обратная связь возникает в том случае, когда напряжение обратной
связи Uв совпадает по фазе с входным напряжением Uвх. Отрицательной обратной
связью называется такая связь между выходом и входом, когда напряжение обратной
связи Uв противоположно по фазе входному напряжению Uвх, т.е. оба эти напряжения
сдвинуты по фазе относительно друг друга на 180 градусов. Наиболее распространенной
в усилителях является последовательная отрицательная обратная связь по напряжению.
Отрицательная ОС влияет на частотные характеристики, нелинейные искажения и
нестабильность усилителя. Большинство источников входного сигнала развивают
очень низкое напряжение. Подавать его непосредственно на каскад усилителя мощности
не имеет смысла, так как при таком слабом управляющем напряжении невозможно
получить сколько-нибудь значительное значение выходного тока, а следовательно
и выходной мощности. Поэтому в состав структурной схемы усилителя, кроме выходного
каскада, отдающего требуемую мощность полезного сигнала в нагрузку, как правило,
входят и предварительные каскады усиления. Эти каскады принято классифицировать
по характеру сопротивления нагрузки в выходной цепи транзистора. Наибольшее
применение получили резистивные усилительные каскады, сопротивлением нагрузки
которых служит резистор. Их основная особенность - работа при малых уровнях
сигнала, поэтому можно считать, что усилительный элемент работает в режиме класса
А, при котором используется линейный участок тока коллектора. Это позволяет
использовать схемы замещения усилительных элементов и применять аналитические
методы расчета при проектировании каскадов предварительного усиления. Схемотехническая
реализация каскадов предусиления имеет ряд разновидностей. Схема каскада на
биполярном транзисторе зависит от способа включения транзистора. Различают каскад
с общим эмиттером (ОЭ), общей базой (ОБ) и общим коллектором (ОК). Включение
транзистора с общим коллектором обеспечивает наибольшее (для биполярных транзисторов)
входное сопротивление (до сотен кОм для маломощных транзисторов), которое сильно
возрастает при увеличении сопротивления нагрузки. Выходное сопротивление при
таком включении меньше, чем при других и находится в пределах от десятых долей
Ома (для транзисторов большой мощности) до килоОма (для транзисторов малой мощности).
Выходное сопротивление транзистора резко возрастает при увеличении внутреннего
сопротивления источника сигнала. Коэффициент усиления напряжения при включении
транзистора с ОК меньше единицы. Коэффициент усиления тока несколько больше,
чем при включении с ОЭ и сильно изменяется при изменении режима работы, температуры
и замене транзисторов. Включение с ОК применяют в каскадах предварительного
усиления, когда требуются большое выходное сопротивление или малые нелинейные
искажения. Включение транзистора с общей базой обеспечивает усиление только
напряжения. Коэффициент усиления тока при таком включении меньше единицы и мало
изменяется при изменении режима работы, температуры и замене транзисторов. Коэффициент
усиления мощности сравнительно невелик, однако при замене экземпляров транзисторов,
их старении и изменении температуры изменяется значительно меньше, чем при других
включения транзистора. Входное сопротивление при включении с ОБ меньше, чем
при других включениях, и находится в пределах от десятых долей Ома (для транзисторов
большой мощности) до десятков Ом (для транзисторов малой мощности). При увеличении
сопротивления нагрузки входное сопротивление возрастает. Входное сопротивление
при включении с ОБ больше, чем при других включениях и растет при увеличении
внутреннего сопротивления источника сигнала. Коэффициент гармоник при включении
транзистора с ОБ обычно не превышает нескольких процентов при полном использовании
транзистора. Поэтому включение с ОБ часто применяют в выходных каскадах усилителей
звуковых частот. Включение транзистора с общим эмиттером позволяет получить
усиление, как тока, так и напряжения сигнала. Коэффициент усиления мощности
при таком включении наибольший, однако, сильно изменяется при изменении режима
транзистора, температуры и замене экземпляров транзисторов. Входное сопротивление
транзистора при включении с ОЭ значительно выше, чем при включении с ОБ, и находится
в пределах от нескольких Ом (для транзисторов большой мощности) до килоОм (для
транзисторов малой мощности). При увеличении сопротивления нагрузки входное
сопротивление уменьшается. Выходное сопротивление транзистора меньше, чем при
включении с ОБ, и уменьшается при увеличении внутреннего сопротивления источника
сигнала. Коэффициент гармоник при включении транзистора с ОЭ больше чем при
других включениях. Однако такое включение применяется наиболее широко, так как
обеспечивается наибольшее усиление мощности и напряжение при заданном сопротивлении
нагрузки. Исходя из вышесказанного, в каскадах предварительного усиления на
биполярных транзисторах чаще других используется схема с общим эмиттером, которая,
как было сказано раньше, обладает высоким коэффициентом усиления по напряжению
и мощности, сравнительно большим входным сопротивлением и допускает использование
одного общего источника питания для цепей эмиттера и коллектора. Для создания
необходимой мощности в нагрузке усилителя - служат предоконечные и оконечные
каскады усилителя. Их основная особенность - работа при больших уровнях сигнала,
что вызывается необходимость использовать мощные усилительные приборы с высоким
потреблением мощности от источника питания. Вследствие этого важным оказывается
обеспечение высокого КПД, что повышает экономичность усилителя и снижает мощность,
рассеиваемую на усилительном приборе. Еще одним важным показателем является
уровень нелинейных искажений, который по возможности должен быть небольшим.
По своему виду мощные каскады делятся на одноактные, двухтактные, трансформаторные
и бестрансформаторные. Эти усилители могут работать в режимах А, В, С. В бытовой
радиоаппаратуре широкое распространение получили двухтактные бестрансформаторные
каскады. Бестрансформаторные каскады характеризуются более широким диапазоном
рабочих частот меньшими габаритами, размерами и массой. Недостатки этих каскадов
- меньшая выходная мощность и коэффициент усиления мощности и большой уровень
нелинейных искажений, если не применяется отрицательная обратная связь. Бестрансформаторные
выходные каскады выполняются по различным схемам и различаются видом проводимости
транзисторов, способом их включения, режимов работы (классы АВ и В), а также
видом связи с предыдущим каскадом и нагрузкой. Лучшие качественные показатели
имеют каскады в которых используются транзисторы различного вида проводимости
с достаточно близкими значениями параметров (комплиментарные пары) Исходя из
вышесказанного на Рис. 1 представлена функциональная схема трехкаскадного усилителя.
На функциональной схеме представлены два RC-фильтра, которые предназначены для
уменьшения опасности самовозбуждения усилителя за счет паразитной ОС через общий
источник питания. Рисунок 1. 1 - RC каскад, режим А, ОЭ. 2 - RC каскад, режим
А, ОЭ. 3 - Бестрансформаторный 2-х тактный каскад, режим АВ. 4 - Отрицательная
обратная связь.
