Усилитель — повышение мощности
Поговорим теперь о выходной мощности усилителя низкой частоты.
Для усилителя мощности основной квалификационной характеристикой является величина этой мощности. Она измеряется в Ваттах и определяется как мощность, выделяющаяся на нагрузке сопротивлением Rн при амплитуде напряжения на ней Uн.
При синусоидальном испытательном сигнале эта мощность составляет
Pн = Uн 2 / (2 х Rн).
Любой усилитель можно охарактеризовать максимальной выходной мощностью.
Это долговременная мощность, выделяющаяся на нагрузке усилителя при максимально – возможной амплитуде синусоидального сигнала на его выходе. При измерении этой мощности искажения не важны – главное, чтобы форма сигнала была похожа на синусоиду. То есть при этой мощности нелинейные искажения 10% — это нормально.
Так как удвоенная амплитуда (размах) сигнала на выходе усилителя не может превысить его напряжения питания и, скорее всего меньше его на dU = 2 – 5 В, то максимальная мощность, в любом случае, не может быть больше некоего значения, определяемого по формуле:
Pmax = (Eпит – dU) 2 / (8 x Rн).
То есть при питании усилителя мощности от источника напряжением 20 В и нагрузке 4 Ом максимальная выходная мощность, в любом случае, не превысит 20 x 20 / (8 х 4 ) = 12,5 Вт. На самом деле, из-за dU максимальная выходная мощность будет, скорее всего, около 8 — 10 Вт.
Редко, но бывает, когда максимальная выходная мощность указывается при прямоугольном выходном сигнала – тогда это та долговременная мощность, больше которой из усилителя не выжать. Но к качеству звучания усилителя этот параметр уже никакого отношения не имеет.
Отмечу, что мощность усилителя при 10% нелинейных искажений имеет международное обозначение RMS.
Номинальная выходная мощность — это максимальная долговременная мощность сигнала, которую может отдать усилитель в нагрузку при определенном, наперед заданном коэффициенте нелинейных искажений – чаще всего 1%, хотя может быть и любое другое значение, например 0,5% или те же 10%. Эта мощность зависит от схемы построения усилителя и примененных в ней элементов но она всегда меньше максимальной мощности, иногда значительно. Хочу сказать, что значение нелинейных искажений, при которых измеряется номинальная мощность никак не стандартизировано и устанавливается изготовителем усилителя так, как ему хочется.
Так, например, в Datasheet на усилитель TDA2030 указано, что при напряжении питания 38 В и сопротивлении нагрузки 4 Ом выходная мощность составляет не менее 18 Вт при нелинейных искажениях 0,5%.
А из его характеристик следует, что при искажениях в 10% его выходная мощность может составить 30 Вт и более.
Номинальная выходная мощность – это собственно говоря, та самая «Советская» мощность, о которой кто-то как-то спрашивал в комментариях к одному из постов.
Еще один параметр – максимальная музыкальная мощность усилителя. Это максимальная мощность синусоидального сигнала, которую усилитель может отдать в нагрузку за очень короткое время – допустим, 0,1 секунды. Эта величина в большой степени зависит от схемы построения как усилителя мощности, так и его блока питания. Если блок питания стабилизирован, то есть выдает одинаковое напряжение и при малой нагрузке (при малой громкости), и при максимальной мощности, то максимальная музыкальная мощность и максимальная мощность усилителя совпадают.
Если же блок питания нестабилизирован, то его выходное напряжение зависит от мощности сигнала – при малой мощности оно выше, чем при большой. Например, блок питания с выходным напряжением 20 В при нагрузке 3 А может иметь выходное напряжение 24 В при нагрузке 100 мА. А у блоков питания дешевых усилителей эта разница еще больше. Поэтому, в первый момент после подачи на усилитель испытательного сигнала, отдаваемая усилителем мощность будет значительно больше, чем через несколько секунд после этого, когда конденсаторы блока питания разрядятся и его напряжение упадет. Разница может достигать 2-х раз (при разнице напряжений в 1,4 раза). Этот параметр имеет право на жизнь, так как музыка или речь – это не стабильный синусоидальный сигнал, а чередование тихих и громких звуков.
Еще большее значение имеет PMPO – пиковая музыкальная выходная мощность. Это мощность сигнала на пике — то есть в максимальной точке. Так как это импульс, то его мощность не усредняется по всему периоду сигнала, и его значение, в принципе, в 2 раза больше максимальной музыкальной мощности. Таким образом, значение мощности PMPO может быть в 5 и более раз больше номинальной мощности, особенно при источнике питания усилителя плохого качества. То есть, при «Советской» мощности усилителя 20 Вт, значение его PMPO может составить 100 Вт и более.
Еще больше можно увеличить мощность усилителя мощности, просуммировав мощности всех его каналов (стерео – 2 канала и т.д.) и умножив результат на поправочный коэффициент, значение которого каждый производитель определяет самостоятельно. После этого можно делать наклейку 1000 Watt PMPO для малогабаритного приемника.
Теперь о повышении выходной мощности усилителя.
Для начала рассмотрим выходные каскады. 
На левом рисунке нарисован выходной каскад, верхнее и нижнее плечи которого построены на комплементарных составных транзисторах. При этом, если на базе первого верхнего транзистора будет напряжение, равное напряжению источника питания Eп, то на эмиттере верхнего выходного транзистора напряжение станет равным Eп – Uбэ – Uбэ.
Для маломощных транзисторов можно принять Uбэ = 0,65 В, но у мощных транзисторов, при больших токах базы, это напряжение больше и может достигать 1 В и более. Поэтому напряжение в средней точке будет примерно на 2 В меньше напряжения питания (в реальной жизни до 2,5 В). Так же при нулевом напряжении на базе первого нижнего транзистора, напряжение в средней точке будет равно 2 – 2,5 В. То есть амплитуда выходного напряжения выходного каскада будет на 4 – 5 В меньше амплитуды напряжения, поступающего на базы транзисторов выходного каскада. (предполагаем его размах равным напряжению источника питания)
В схеме на среднем рисунке выходное напряжение уменьшается только одним эмиттерным переходом в каждом плече. Но дополнительное уменьшение вносит напряжение насыщения Uкэ первого транзистора, которое редко бывает меньше 0,5 В. Поэтому в этой схеме амплитуда выходного напряжения выходного каскада будет на 3 – 4 В меньше амплитуды напряжения, поступающего на базы транзисторов выходного каскада.
Схема на правом рисунке состоит из частей левой и средней схемы. В ней амплитуда выходного напряжения выходного каскада будет на 3,5 – 4,5 В меньше амплитуды напряжения, поступающего на базы транзисторов выходного каскада.
В идеальном случае размах сигнала на базах первых транзисторов выходных каскадов равен напряжению источника питания.
Однако в реальной схеме это далеко не так. 
При полностью закрытом транзисторе VT1 через резистор R3 будет течь ток базы VT2.
Из примера расчета видно, что при использовании в качестве VT2 составного транзистора с коэффициентом усиления по току 1000, максимальный ток его базы составит 1,58 мА. При этом на резисторе R3 сопротивлением 1,5 кОм падение напряжения составит 2,37 В.
Обратите внимание – на базе VT2 будет не Eп = 30,4 В, а Eп – 2,37 В = 28 В.
При полностью открытом транзисторе VT1 напряжение на базе VT3 будет равно напряжению насыщения VT1, то есть, не менее 0,5 В.
Итого, амплитуда напряжения на базах транзисторов VT2 и VT3 будет примерно на 3 В меньше напряжения питания усилителя, соответственно выходное напряжение усилителя мощности будет меньше напряжения его питания примерно на 8 В.
При использовании других схем выходного каскада эта разница будет меньше, но незначительно.
Для исправления ситуации можно использовать, по крайней мере, три способа:
1.Разделить выходной и предвыходной каскады и питать их от разных источников питания. При этом источник питания предвыходного каскада должен иметь напряжение не менее, чем на 8 вольт больше, чем источник выходного каскада и может быть относительно маломощным (десятки миллиампер). 
2.Применить схему с вольтодобавкой (с виртуальным источником питания). 
В этой схеме резистор R3 разделен на два резистора — R31 и R32 таким образом, что их суммарное сопротивление равно сопротивлению резистора R3, и R32 в 3 – 4 раза меньше R31. Между точками соединения этих резисторов и выходом усилителя включен конденсатор вольтодобавки C4 с такой емкостью, чтобы он не успевал существенно разряжаться за период действия сигнала минимальной частоты. После включения усилителя этот конденсатор заряжается до напряжения, близкого к половине напряжения питания (точнее, до напряжения на R31) и, далее, работает как батарейка, подпитывающая каскад на транзисторе VT1.
Предположим, что напряжение питания усилителя 20 В а соотношение сопротивлений резисторов R31 и R32. равно 4 к 1. Тогда на нижней обкладке конденсатора C4 будет 10 В а на верхней 18В и напряжение на нем составит 8 В.
Предположим, что во время усиления входного сигнала напряжение в средней точке стало равно 15 В. Так, как конденсатор C4 разряжается медленно, напряжение между его обкладками все равно будет равно 8 В и напряжение на его верхней обкладке, а значит и в точке соединения резисторов R31 и R32 составит 23 В – больше, чем напряжение питания. Это позволяет увеличить амплитуду сигнала предвыходного каскада и увеличить выходную мощность усилителя.
Кстати, такая схема применяется и в драйверах ключей на полевых транзисторах IR2101, IR2113, IR2153 и аналогичных.
3.Применить вместо резистора R3 транзистор, комплементарный к VT1 и
работающий в противофазе с ним. Схему пока рисовать не буду, только отмечу, что в этом случае потери напряжения составят по 0,5 В на каждый транзистор, то есть 1В. И потери на выходных транзисторах скомпенсированы не будут.
4. Применить в качестве выходного каскада схему с усилением сигнала. 
Она очень похожа на среднюю схему выходного каскада за исключением того, что эмиттеры предвыходных транзисторов подключены к средней точке через делитель напряжения на резисторах R4 и R3. Коэффициент усиления такого каскада определяется соотношение их сопротивлений и определяется по формуле
K = (R4 + R3) / R3
Мощный усилитель с таким выходным каскадом склонен к самовозбуждению и усиление выходного каскада нельзя выбирать большим — лучше ограничиться величиной 1,2 — 2 раза. Номинал резистора R3 можно принять равным 220 — 470 Ом, сопротивление резистора R4 расчитывается исходя из требуемого усиления. 
В такой схеме выходное напряжение ограничено только напряжением насыщения выходных транзисторов и выходная мощность может быть максимальной.
Источник
InDevices.ru
InDevices.ru — новейшие разработки в области устройств, роботы, обзор гаджетов
Как увеличить мощность усилителя
от admin
Выходная мощность усилителя – это та, которая выделяется на нагрузке (динамике). Аудио-системы имеют достаточно низкое сопротивление нагрузки, поэтому для нормальной выходной мощности нужно оперировать большими значениями силы тока. Чем больше выходная мощность усилителя, тем большим должен быть коллекторный ток транзисторов выходных каскадов. Попробуем самостоятельно увеличить мощность усилителя.
Как увеличить мощность усилителя
Что понадобится
1. Навыки пайки;
2. Комплементарная пара мощных транзисторов;
3. Двуполярный источник питания соответствующей мощности и напряжения;
4. Пассивные радиокомпоненты.
Инструкция
Если Вы достаточно хорошо разбираетесь в электронике, можете попробовать переделать свой усилитель путем добавления дополнительного блока питания соответствующей мощности, который будет питать исключительно выходной каскад. Так, напряжение на предыдущих каскадах будет равным напряжению без нагрузки. Это позволит повысить коэффициент усиления почти в два раза.
Если ваши познания в электронике ограничиваться только школьным курсом физики, настоятельно рекомендуем не пробовать модифицировать усилитель столь грубым вмешательством в его тонкий и очень ранимый внутренний мир. В вашем случае есть боле безопасный и простой метод — добавление еще одного, внешнего выходного каскада усиления, расположенного между выходом вашего усилителя и колонками.
1. Для увеличения выходной мощности будем использовать самый простой двухтактный усилитель мощности на комплементарной паре транзисторов. 
Что такое комплементарная пара, можно узнать здесь.
После кодификации все функции вашего усилителя останутся такими, как были прежде, увеличится только значение нагрузки, которую можно подключить на выход. Параметры выходной мощности будут определяться мощностью транзисторов комплементарной пары. Для примера будем использовать транзисторы 2SA1943 и 2SC5200, по техническим характеристикам они могут корректно работать на мощности 100 Вт.
Сначала убедитесь, что они одной серии выпуска, это очень важно для качества звука. 
2. Ищем datasheet для данного элемента и определяем эмиттер, базу и коллектор.
3. Пробуем собрать схему. Ее можно паять навесным монтажом, но для надежности лучше развести и протравить плату.
Схема следующая: 
Диоды VD1, VD2 – любые кремниевые.
4. После сборки каждый транзистор нужно прикрутить к отдельному радиатору, и поскольку мы планируем нагрузить этот механизм на 100 Вт, лучше к радиатору прикрепить кулер.
Советы
1. Никогда не ставьте транзисторы комплементарной пары на один радиатор, таким образом вы сделаете короткое замыкание в цепи питания;
2. Если у вас есть тестер, измерьте параметр hFE для каждого транзистора, они должны быть равными;
3. Организуйте как можно лучшее охлаждение для силовых транзисторов;
4. На каждый канал нужно будет сделать отдельный усилитель;
5. Если будет слышно искажения, то стоит изменить номинал смещающих резисторов R1 и R2.
от admin
Похожая запись
Instagram likes
CRM система и ее преимущества
Продвижение сайта в ТОП — профи-продвижение.рф
Один комментарий к “Как увеличить мощность усилителя”
Если я правильно понял, то эта статья написана для тех, чьи познания в электронике ограничиваются только школьным курсом физики. Купить радиодетали сейчас, в основном, – не проблема. Купить паяльник, припой и флюс – также не проблема. Но, если человек не занимается радиотехникой, ему трудно понять: где эмиттер-коллектор-база транзистора, даже глядя на даташит. Также, если у него нет тестера, ему затруднительно померить «параметр hFE для каждого транзистора» (проще было написать: коэффициент усиления), причём этот «параметр» неплохо измерить уже при покупке транзисторов в магазине (а там вам мерять ничего не будут). Для измерения коэффициента усиления мощных транзисторов вам потребуется либо специализированный тестер с соответствующим гнездом, либо самодельный щуп к тестеру, имеющему такую функцию. Также непонятно, откуда взять человеку, не занимающемуся радиотехникой, «двуполярный источник питания соответствующей мощности и напряжения». В магазинах продаются только однополярные источники питания. Значит, надо брать два идентичных… Как их соединить для двуполярного питания, при этом не спалив? Как подсоединить выход усилителя к входу показанного двухтактного усилителя мощности? Как не спалить при этом подключении модернизируемый усилитель? Как определить общий провод усилителя мощности, чтобы к нему подсоединить общий провод указанной приставки? Для начинающего ведь понятия «общий провод» и «разводить и травить плату» – пустой звук… К тому же через переходы «коллектор-эмиттер» транзисторов пойдут приличные токи, которые запросто могут сжечь дорожки… Да и для травления платы нужен кусок фольгированного гетинакса (текстолита), хлорное железо и ванночка… Непонятно также, к чему относятся фразы в статье: «Диоды VD1, VD2 – любые кремниевые» и «Если будет слышно искажения, то стоит изменить номинал смещающих резисторов R1 и R2». Если к радиаторам прикрепить кулеры, то для их питания будет нужен ещё дополнительный источник на 12 Вольт. Таким образом, опытному радиолюбителю данная статья ничего не даёт, а начинающего ввергнет в неоправданные расходы… Не проще ли пользоваться уже готовым рабочим усилителем мощности и не трогать без необходимых знаний и навыков рабочую технику, пока она ещё работает.
Источник