Усилители мощности выполняют функции оконечных каскадов усили­телей 34 и предназначены для создания необходимой мощности на внешней на­грузке, которой обычно является акустическая система.

В комплексах высококачественного звуковоспроизведения усилитель мощно­сти обычно выполняют в виде отдельного блока (или субблока). Он не содер­жит корректирующих АЧХ элементов и имеет плоскую АЧХ в широком диа­пазоне частот. В этом блоке не предусматривают никаких регулировок. Уста­навливается лишь индикатор уровня выходной мощности. Уровень входного сигнала для этого усилителя нормируется, и обычно он равен 775±50 мВ. Уси­литель мощности имеет большую выходную мощность (более 10 Вт), мини­мальный уровень собственных шумов (ниже — 60 дБ) и коэффициент гармоник меньше 1%. Фазо-частотная характеристика усилителя линейиа в диапазоне частот 20 Гц... 30 кГц.

Значительный запас мощности, которым обладает усилитель, позволяет по­лучить большой динамический диапазон громкостей, что повышает естествен­ность звучания, улучшает стабильность работы при номинальной мощности и обеспечивает незначительные нелинейные искажения. Максимальная выходная мощность, которая может быть передана в нагрузку, определяется максималь­ными значениями напряжения, действующего на выходе усилителя, и тока, про­текающего через усилитель при заданной нагрузке. Эти значения целиком и полностью определяются параметрами выходных транзисторов. Поэтому для усилителей мощности характерным является применение в оконечном каскаде высоковольтных транзисторов повышенной мощности, потребляющих от источни­ков питания большую энергию. В свою очередь, максимальное использование оконечных транзисторов по напряжению и току приводит к росту нелинейных искажений.

Снижение уровня нелинейных искажений достигается в основном введением глубокой ООС. Однако при этом возрастает запаздывание сигнала на выходе и в цепи ООС, что является причиной динамических искажений.

На слух динамические искажения проявляются в виде потери высших частот, в неестественном оттенке звучания, так называемом «транзисторном звуке». Сте­пень динамических искажений оценивается по скорости нарастания выходного напряжения усилителя мощности. Для уменьшения динамических искажений в высококачественных усилителях глубина ООС ограничивается в пределах 20... ... 30 дБ. В качестве оконечных применяют мощные высокочастотные биполяр­ные или полевые транзисторы, которые позволяют расширить диапазон усили­ваемых частот и тем самым повысить быстродействие усилителя. Меры, прини­маемые для снижения динамических искажений, приводят к возрастанию нели­нейных искажений, и условие обеспечения их (динамических и нелинейных иска­жений) на низком уровне является противоречивым.

Часто для снижения нелинейных искажений для усилителей малой мощно­сти выходной каскад работает в режиме А. Однако это затрудняет термостаби-лизацию большого тока покоя транзисторов выходного каскада и снижает КПД усилителя.

В настоящее время в основном применяют бестрансформаторные выходные каскады, которые реализуют на трех-, четырехэлементных составных транзисто­рах при нескольких параллельно соединенных выходных транзисторах. Для них обычно предусматривается уетройство защиты при перегрузке сигналом боль­шого уровня и при коротком замыкании на выходе.

Качественные показатели усилителей мощности, их физические размеры в основном определяют качество всего усилительного устройства и поэтому не­удивительно, что разработчики аппаратуры высококачественного звуковоспроиз­ведения уделяют наибольшее внимание созданию высококачествен­ных усилителей мощности. Поскольку требования к. снижению нелинейных и динамических искажений являются противоречивыми, то это является источни­ком поиска для разработчиков, это же обстоятельство объясняет многообразие технических решений, появляющихся ;в последнее время.

К основным параметрам усилителей мощности звуковой частоты относятся следующие:

максимальная выходная мощность Р_тах [Вт] — выходная электрическая мощность на частоте 1 кГц при значении коэффициента гармоник 10%;

номинальная выходная мощность Р_ЯОм [Вт] — выходная электрическая мощ­ность, при значении коэффициента гармоник, заявленного для этого усилителя на частоте 1 кГц;

номинальная выходная мощность в полосе рабочих частот Р_ном (Дf) [Вт] — минимальная выходная электрическая мощность в диапазоне частот 20 Гц... 20 кГц при значении коэффициента гармоник, заявленного для этого усилителя на частоте 1 кГц;

коэффициент гармоник К_Г [%] — коэффициент нелинейных искажений, ког­да входным низкочастотным сигналом является синусоидальное напряжение;

коэффициент гармоник в режиме малой выходной мощности Кг (50 мВт) [%] — коэффициент гармоник, измеренный при выходной мощности 50 мВт;

коэффициент гармоник в полосе частот K_г (Дf) [%] — максимальный ко­эффициент гармоник в диапазоне частот 20 Гц... 20 кГц при номинальной вы­ходной мощности;

отношение сигнал-шум [дБ] — логарифм отношения выходного напряжения усилителя при номинальной мощности к среднеквадратическому напряжению шумов усилителя в полосе частот 20 Гц... 20 кГц;

нормированная АЧХ [дБ] — зависимость нормированного значения усиления G от частоты; G = 20 lg (К/Ко), где К — коэффициент усиления усилителя в диапазоне частот, Ко — коэф.фициент усиления на частоте 1 кГц;

полоса рабочих частот Аf [Гц] — диапазон частот, внутри которого норми­рованная АЧХ усилителя имеет неравномерность не более ±1,5 дБ, измеряют при P _вых = 0,1 Р_НОМ;

фазо-частотная характеристика Аф [градус] — зависимость фазового сдвига­Дф между составляющими входного и выходного напряжения от частаты f; ДФ_Н — значение Дф на частоте 20 Гц (нижнее), Дф_в — значение Аф на час­тоте 20 кГц (верхнее);

коэффициент нелинейности фазовой характеристики бф [градус] — наиболь­шее отклонение фазовой характеристики реального усилителя относительно иде­альной фазовой характеристики, изменяющейся по линейному закону; бф_н — значение б (ф) на частоте 20 Гц, б (ф_в) — значение б (ф) на частоте 20 кГц;

максимальная скорость нарастания выходного напряжения Vmax [В/мкс] — максимальное отношение ДU_ВЫх/Дt, где Дt — интервал времени, за который происходит изменение выходного напряжения U_вых на значение ДU_Вых на участке с наиболее крутым фронтом.

Далее будут описаны усилители мощности, согласованные по входу с выхо­дами узлов, описанных ранее « обеспечивающих согласованную работу на вось­ми- и четырехомную нагрузку. Чтобы получить приводимые технические харак­теристики, монтаж усилителей должен соответствовать приведенным чертежам печатной платы и монтажной схемы. Изменение компоновки может привести к ухудшению коэффициента гармоник и отношения сигнал — шум. В качестве ма­териала печатных плат во всех случаях использован односторонний фольгиро-вгнный стеклотекстолит толщиной 1,5 мм.

Усилитель мощности с балансным дифференциальным входным каскадом, Он имеет следующие основные технические характеристики:

Номинальная выходная мощность....... 55 Вт

Коэффициент гармоник.......... 0,07%

Полоса рабочих частот . . . . , , . . . . 20... 50 000 Гп

Отношение сигнал-шум.......... 89 дБ

Напряжение питания........... ±36 В

Ток покоя............ . . 100 мА

Полные технические характеристики усилителя приведены в табл. 4.

Таблица 4