Дискретный усилитель что это

Простейший ОУ на дискретных элементах

Операционные усилители на дискретных элементах выпускают для высококачественной аудиотехники. Выглядят они так — плата или «бутерброд» из двух плат и две гребёнки для впаивания вместо интегрального восьмивыводного сдвоенного ОУ со стандартной цоколёвкой. Улучшается ли после замены звук, неизвестно. Но если ОУ на дискретных элементах сильно упростить и превратить в развёрнутый макет, учебное пособие получится отличное.

В этой схеме все транзисторы структуры NPN — 2N2222 или 2N3403, структуры PNP — 2N2907 или 2N3906:

Результат сборки схемы на макетке показан на КДПВ.

В отличие от интегрального ОУ, здесь можно увидеть без микроскопа все транзисторы и назвать их функции. Q1 и Q2 — токовое зеркало, стремящееся равномерно распределить токи между транзисторами дифференциальной пары Q3 и Q4. Ну а Q5 и Q6 — ещё одно токовое зеркало, стремящееся привести суммарный ток через оба транзистора дифференциальной пары к току через резистор Rprg.

В исходном состоянии к входам усилителя подключены переменные резисторы — один к неинвертирующему, второй к инвертирующему. Соединив выход усилителя с входом вольтметра, попробуйте регулировать переменными резисторами напряжения на входах усилителя, и вы обнаружите, что изменение напряжения на первом входе действительно приводит к изменению напряжения на выходе в том же направлении, а изменение напряжения на втором входе — к противоположному результату. Выставьте на обоих входах одинаковые напряжения, затем слегка поменяйте любое из них, и обратите внимание, как резко от этого изменится выходное напряжение.

Убедившись, что схема работает, попробуйте подключить устройство по какой-нибудь стандартной схеме включения ОУ. Начнём с повторителя напряжения, для этого необходимо соединить выход с инвертирующим входом, а на неинвертирующий вход подать регулируемое напряжение:

На макетке это будет выглядеть так:

Сравнив напряжения на входе и выходе схемы, вы обнаружите, что они отличаются друг от друга не более, чем на несколько десятков милливольт. Эта схема хороша, если усиление требуется не по напряжению, а по мощности. Для усиления же по напряжению нужно задать его коэффициент, добавив в цепь обратной связи два резистора. От соотношения их сопротивлений и зависит коэффициент усиления по напряжению, если они равны, этот коэффициент равен двум:

Конечно, чуда не произойдёт, и заставить выходное напряжение превысить напряжение питания вы не сможете. Но даже в том диапазоне, в котором эта схема действительно усиливает напряжение в два раза, вы обнаружите неточность в несколько десятков милливольт. Выбрать разумный компромисс между точностью и потребляемой мощностью можно подбором «программирующего» резистора в диапазоне от 10 кОм до 1 МОм. Меньше 10 кОм ставить резистор нельзя, поскольку транзисторы токового зеркала могут выйти из строя от перегрева.

У некоторых интегральных ОУ выводы для такого «программирования» выведены наружу. Но обычно этого не сделано, и в этом случае сопротивление встроенного «программирующего» резистора такое, какое счёл оптимальным разработчик.

Исключив переменный резистор, добавив конденсаторы на вход и выход, и выставив добавочными резисторами желаемый коэффициент усиления, можно получить усилитель для наушников.

Источник

Тема: Дискретный ОУ, схемотехника, преимущества и недостатки

Опции темы

Низкая себестоимость и высокие параметры на рассыпухе не получится, хотя бы из-за одного дифкаскада.

http://www.prodigy-pro.com/forum/viewtopic.php?t=281 (эта ссылка уже была, слоны потёрли)
На SMD рассыпухе, cдвоенных транзисторах дифкаскада (например LSK389С-SOIC-8) и теплопроводной подложке должно получиться хорошо. Можно входным полевикам «вдуть» ток покоя хоть 15мА для минимизации шумов.

думаю ничего хорошего из этого не получится. Ведь и емкости у интегральных транзисторов меньше и согласование npn pnp весьма и весьма, а самое главное, благодаря малым линейным размерам широкополосность оос получается гораздо больше.

У интегральных ОУ ограничены питание (т.е. динамический диапазон «вверх»), шумы, а также мощность выходного каскада.
Для звуковых схем с максимальным THD+N лучше полоса 80 МГц с питанием ±15, чем 800 МГц и +5В.

Ещё возможно использование дискретов в качестве буферов или усилителей с небольшим усилением без ООС в фильтрах, регуляторах уровня, баланса, тембра.

речь идет не о широкополосности, а частоте единичного усиления по петле оос, и как раз на рассыпухе получить 80МГц очень трудно.

Вот сравнение лучших по THD+N интегральных ОУ с древним дискретным JT-990C. У которого ещё и Headroom в 48/32 раз (2*Vcc) выше, чем у AD797.
Цена самоделки будет сравнимой.
А транзисторы и диоды туда и «пошустрее» можно поставить, только печатку они не публикуют.

Сообщение от MikeF
и как раз на рассыпухе получить 80МГц очень трудно

Во-первых зачем? Во-вторых с каким усилением.

зачем? например, многие такие рассыпушные самоделки позиционируются IU конверторы (для преда понятное дело это не так актуально, но при прочих равных более широкополосная оос предпочтительна). Что значит с каким усилением? Это частота единичного усиления по петле ООС.

MikeF добавил 04.09.2006 в 05:37

предлагайте вариант обсудим. а вообще я думаю оу с ТОС самому делать не стоит из-за всяких ужасных тепловых эффектов, которые даже в интегральном исполнении приводят к бОльшему тепловому дрейфу и самое страшное к тепловым искажениям (косвенно это можно оценить по времени установления с заданной точностью). а обычные ОУ можно, почему бы нет.

Нафига на дискретке повторять ОУ? Нет смысла. ОУ по определению универсальный инструмент. Иногда его приходится «притулять», хотя можно было бы обойтись и чем-то попроще (т.е. у него на борту оказывается много лишнего, но тут уже ничего не поделаешь).

Кстати, а дифкаскад делается только на спец. сборках (из 2-х транзисторов на кристалле), иначе это будет не дифкаскад, а фуфло.

AudioKiller добавил 07.09.2006 в 17:08

Это как универсальная дорожная машина, где и трактор, и бульдозер, и самосвал и еще что-то там. Одна на все случаи жизни. А если нужно что-то одно, то и подойдет что-то свое, специфическое. Также и предусилитель на 4-х транзисторах может оказаться лучше, чем на ОУ. Но его схема должна быть специально под это разработана, и не для чего другого никак не подойдет.

Источник

Как выбрать усилитель и не ошибиться

Покупаем понимая

Как выбрать усилитель и не ошибиться

Покупаем понимая

Усилитель низкой частоты, наряду с акустическими системами, является неотъемлемым элементом любой AV-системы, будь то навороченный стереокомплекс или многоканальный домашний кинозал. В качестве источника контента в конкретном случае могут выступать самые разные устройства – от проигрывателей виниловых пластинок до смартфонов, но аудиосигнал от них рано или поздно всегда попадет на усилитель. Какие они бывают и чем отличаются? Попробуем в этом разобраться.

Усилительная часть любой AV-системы структурно состоит из предварительного усилителя и усилителя мощности. Даже если эти блоки объединены в одном корпусе и имеют общий блок питания, функции их различны. Предварительный усилитель занимается повышением напряжения полезного сигнала до уровней, достаточных для работы выходных каскадов (усилителя мощности). В нем же обычно реализуют все сервисные функции – коммутатор входов, регулятор громкости, темброблок и тому подобное. Задачей же усилителя мощности является подача в цепь нагрузки, в качестве которой могут выступать акустические системы или наушники, достаточной для их нормальной работы мощности. Несмотря на разное функциональное назначение, классификация и принципы, заложенные в усилительные каскады, общие, потому в дальнейшем мы не будем разделять эти понятия. Для каждой категории приведем пример наиболее характерного представителя.

Классифицируют усилительные каскады по самым разным признакам. Попытаемся выделить основные. Итак, усилители можно разделить по :

– По типу использованных в усилительном каскаде активных элементов :

1. Ламповые усилители

Как следует из названия, активными элементами в таких усилителях выступают электровакуумные лампы. Преобладали до начала 70-х годов прошлого века. Отличаются низким КПД, существенным весом и большим тепловыделением. Кроме того, лампа уступает другим типам усилительных приборов в части стабильности характеристик во времени. Тем не менее, этот тип усилителей востребован в среде любителей аудио до сих пор. Причиной стали «ламповые искажения», которые субъективно воспринимаются ухом более лояльно, чем искажения, привносимые активными элементами других типов.

Интегральный ламповый усилитель Audio Research VSi75

Тип – интегральный ламповый усилитель | Название – Audio Research VSi75 | Лампы – 6H30 (2), KT150 (4) | Выходная мощность, Вт – 75 x 2 ( продолжительная 20 Гц — 20 кГц ) | Частотная характеристика, Гц – 1 — 70 000 (по уровню –3 дБ) | Гармонические искажения, % – 0,05 (1 Вт), 1,5 (75 Вт) | Отношение сигнал/шум, дБ – 88 | Входное сопротивление, кОм – 52,5 | Аудиовходы – стереопары RCA (5) | Аудиовыход – стереопара RCA (Tape) | Энергопотребление (максимальное), Вт – 600 | Дополнительно – пульт ДУ, информационный дисплей | Габариты, см – 43 x 18,5 x 39 | Масса, кг – 24

2. Транзисторные (дискретные) усилители

Усилительными элементами здесь выступают биполярные или полевые транзисторы. К достоинствам этого типа усилителей можно отнести компактность, сравнительно высокий КПД, небольшой вес, прочность и стабильность характеристик. То есть, все то, с чем у вакуумных ламп имеются проблемы. Кроме того, транзисторы дешевле ламп. В результате к началу 80-х годов прошлого века транзисторные усилители практически вытеснили лампу с рынка бытовой аппаратуры, оставив последней лишь часть самого верхнего ценового сегмента.

Усилитель мощности Accustic Arts AMP II mk3

Цена – 1 000 000 руб.

Тип – стереофонический усилитель мощности | Название – Accustic Arts AMP II mk3 | Выходная мощность, Вт – 275 x 2 (8 Ом), 450 x 2 (4 Ом), 675 x 2 (2 Ом) | Усиление, дБ – 31 | Входное сопротивление (баланс./небаланс.), кОм – 20/100 | Разделение каналов, дБ – 109 | Отношение сигнал/шум, дБ – 103 | Гармонические искажения, % – 0,001 | Аудиовходы – балансные XLR, аналоговые RCA | Максимальная потребляемая мощность, Вт – 2 200 | Габариты, см – 48,2 x 35,0 x 43 | Масса, кг – 55

3. Усилители на интегральных схемах

В принципе, такие усилители – это частный случай предыдущей категории, поскольку интегральная схема по сути – множество тех же самых транзисторов, объединенных в одном компактном корпусе (отсюда и название – интегральная). Но, все же, принято разделять эти типы, и мы здесь не будем упорствовать. Главное преимущество таких усилителей – компактность и небольшой вес. Поэтому в портативной технике это, пожалуй, безальтернативное решение.

Интегральный усилитель Devialet Expert 140 Pro

Тип – интегральный усилитель со встроенным блоком ЦАП и платой сетевого стриминга | Название – Devialet Expert 140 Pro | Выходная мощность, Вт – 2 х 140 (6 Ом) | Частотная характеристика, Гц – 0 — 95 000 (–3 дБ) | Гармонические искажения + шум (для полной мощности), % – 0,0005 | Отношение сигнал/шум, дБ – 130 | Коэффициент демпфирования – 8 000 | Выходное сопротивление, Ом – 0,001 | Аудиовходы – конфигурируемые цифровые или аналоговые 4 х RCA (2 цифровых коаксиальных, cтереопара), Phono MM/МС (2), цифровой оптический TosLink, Gigabit Ethernet, USB type B | Дополнительно – Wi-Fi 802.11ac (2,4 / 5 ГГц) | Габариты, см – 38,3 x 4,0 x 38,3 | Масса, кг – 5,65

4. Гибридные усилители

Усилители, каскады которых относятся к разным типам, описанным выше. Чаще всего это комбинации лампы и транзистора. А среди этого варианта наиболее популярна концепция, когда предварительные каскады выполняют на лампах, а выходные – на транзисторах, что позволяет наилучшим образом использовать достоинства разных типов и нивелировать недостатки.

Интегральный гибридный усилитель McIntosh MA252

Тип – интегральный гибридный усилитель | Название – McIntosh MA252 | Лампы – 12AX7a (2), 12AT7 (2) | Выходная мощность, Вт – 100 x 2 (8 Ом, продолжительная 20 Гц — 20 кГц), 160 x 2 (4 Ом, продолжительная 20 Гц — 20 кГц) | Частотная характеристика, Гц – 10 — 100 000 (по уровню –3 дБ) | Гармонические искажения, % – 0,03 | Отношение сигнал/шум, дБ – 97 (80 – Phono MM) | Входное сопротивление, кОм – 20 | Коэффициент демпфирования – > 200 (8 Ом), > 100 (4 Ом) | Аудиовходы – Phono, XLR, стереопары RCA (2) | Аудиовыход – RCA (сабвуфер) | Энергопотребление (максимальное), Вт – 600 | Габариты, см – 30,5 x 19,4 x 45,7 | Масса, кг – 12,7

– По виду согласования выходного каскада усилителя с нагрузкой :

1. Трансформаторные усилители

Конечно, речь здесь идет вовсе не о силовых трансформаторах в блоке питания, а о трансформаторах, работающих с аудиосигналом, в задачу которых входит согласование выходного каскада усиления с нагрузкой – акустическими системами или наушниками. Чаще всего трансформаторное согласование используется в ламповой технике, поскольку необходимо согласовывать большое выходное сопротивление лампы с малым импедансом колонок. Для транзисторных аппаратов эта проблема не столь критична, но и здесь в дорогом сегменте порой встречается такой вариант. Ограничением здесь выступает сложность производства и высокая стоимость трансформаторов, способных эффективно работать во всей полосе звуковых частот.

Интегральный ламповый усилитель Audio Note Jinro

Цена – 1 750 000 руб.

Тип – интегральный ламповый усилитель | Название – Audio Note Jinro | Лампы – 5R4WGB (2), 211 (2), ECC82/5814a, 7044 | Выходная мощность, Вт – 20 x 2 (4 / 8 Ом) | Входное сопротивление, кОм – 100 | Чувствительность входов, мВ – 450 | Аудиовходы – стереопары RCA (4) | Энергопотребление (максимальное), Вт – 200 | Габариты, см – 30,5 x 30,5 x 64 | Масса, кг – 38

2. Бестрансформаторные усилители

Транзисторный выходной каскад, построенный на комплементарной паре транзисторов и работающий в двухтактном режиме, в сравнении с ламповым имеет низкое выходное сопротивление, потому здесь вполне можно обойтись без дорогостоящего трансформатора. Именно этот тип усилителей наиболее распространен. В ламповых моделях усилителей такой тип встретить сложнее. Без выходных трансформаторов обходятся либо усилители, работающие на высокоомную нагрузку, либо схемотехнически сложные устройства с множеством выходных ламп, работающих параллельно.

Интегральный усилитель Chord Electronics CPM 3350

Тип – интегральный усилитель | Название – Chord Electronics CPM 3350 | Выходная мощность, Вт – 220 x 2 (8 Ом) | Усиление, дБ – 30 | Частотная характеристика, Гц – 0,8 — 46 000 (по уровню –1 дБ) | Гармонические искажения, % – 0,05 | Отношение сигнал/шум, дБ –

– И, наконец, по режиму работы выходного каскада усилители различаются по классам :

1. Класс «A» — лампы или транзисторы выходного каскада постоянно работают в линейном режиме. Проблема здесь в том, что только довольно узкий участок вольт-амперной характеристики активного элемента является линейным, и для того, чтобы использовать именно этот участок, необходимо задавать смещение (рабочую точку), что приводит к высокому току покоя. Именно по этой причине усилители, работающие в классе A, интенсивно греются даже при отсутствии полезного сигнала на входе, а радиаторы выходных каскадов таких аппаратов напоминают порой батареи отопления. К достоинствам таких усилителей можно отнести минимальные искажения сигнала. Угол отсечки активного элемента при этом равен 360°. В классе «A» работают все линейные однотактные усилители.

Усилитель мощности Gryphon Mephisto

Цена – 3 500 000 руб.

Тип – стереофонический усилитель мощности | Название – Gryphon Mephisto | Выходная мощность, Вт – 175 (8 Ом), 1 400 (1 Ом), 6 000 (пиковая 0,5 Ом) | Усиление, дБ – 31 | Частотная характеристика, Гц – 0 – 400 000 (по уровню –3 дБ) | Выходное сопротивление, Ом – 0, 025 | Входное сопротивление (баланс., 20 — 20 000 Гц), кОм – 20 | Разделение каналов, дБ – бесконечно | Отношение сигнал/шум, дБ – 83 | Гармонические искажения, % – 1 (175 Вт), 0,06% (50 Вт) | Аудиовходы – балансные XLR | Максимальная потребляемая мощность, Вт – 2 650 | Габариты, см – 52 x 34 x 71 | Масса, кг – 108

2. Класс «B» — режим работы двухтактного выходного каскада, когда каждый усилительный элемент из пары обрабатывает полезный сигнал одной полярности. Угол отсечки каждого элемента в этом случае равен 180 градусам. Для уменьшения нелинейных искажений при переходе сигнала через ноль выходные элементы работают с небольшими, но ненулевыми токами покоя. Эти токи существенно меньше, протекающих в каскадах, работающих в классе «A», потому и КПД такого усилителя куда выше, и греется он не настолько сильно. Но здесь нас подстерегает другая проблема – при открытии усилительного элемента всегда будет нелинейность, что приведет к искажениям типа «ступенька», когда один элемент закрывается, а второй только открывается. По этой причине усилительные каскады, работающие в классе «B», в аудиотехнике не применяются.

3. Класс «AB» — как следует из названия, этот тип выходного каскада должен сочетать в себе преимущества классов «A» и «B». Здесь усилительные элементы работают с большими углами отсечки (превышающими 180 градусов). Как и в классе «A», им задается смещение — меньшее, чем в классе «A», но достаточное, чтобы избежать роста искажений в переходном режиме, как в классе «B». Варьируя рабочую точку активных элементов (регулируя ток покоя), можно делать усилитель по характеру ближе к классу «A» или «B». К примеру, если приоритет отдается классу «A», то до определенной мощности такой выходной каскад будет работать в «чистом» классе «A», а в «AB» будет переходить только на высоких уровнях мощности. К подобному типу относится подавляющее большинство современных усилителей, применяемых в бытовой аппаратуре.

Интегральный усилитель Gryphon Diablo 300

Цена – 1 000 000 руб.

Тип – интегральный усилитель | Название – Gryphon Diablo 300 | Выходная мощность (8/4/2 Ом), Вт – 300/600/950 | Усиление, дБ – 38 | Частотная характеристика, Гц – 0,1 – 350 000 (по уровню –3 дБ) | Выходное сопротивление, Ом – 0, 019 | Входное сопротивление (баланс./небаланс., 20 — 20 000 Гц), кОм – 40/20 | Разделение каналов, дБ – >120 | Отношение сигнал/шум, дБ – 85 | Гармонические искажения, % – менее 0,1 | Аудиовходы – балансные XLR (2), аналоговые RCA (3) | Аудиовыходы – небалансный RCA (2) | Максимальная потребляемая мощность, Вт – 1900 | Габариты, см – 48 x 23,5 x 46 | Масса, кг – 38,1

4. Класс «D» — этот тип усилителей переживает в наше время настоящий бум, связанный с тем, что производители все уверенней решают проблемы, возникающие при работе таких усилителей, связанные с линейностью их работы и уровнем искажений. Еще не так давно усилители, работающие в классе «D», можно было встретить лишь в сабвуферах, а сегодня на их базе создаются полнодиапазонные компоненты очень высокого класса. Активный элемент здесь работает в ключевом режиме, что снимает проблему использования лишь линейного участка его характеристики, а для усиления полезного сигнала используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Полезный сигнал преобразуется специальным блоком в последовательность промодулированных по длительности (ширине) импульсов, которая управляет выходными ключами большой мощности. На выходе ключей стоит простой LC-фильтр, в задачу которого входит усреднение импульсного сигнала — таким образом происходит восстановление усиленного полезного сигнала. Главным достоинством усилителей, работающих в классе «D» — КПД, приближающийся к 100 процентам. За этой цифрой стоит очень многое — нет необходимости проектировать мощные блоки питания и строить огромные системы охлаждения выходных каскадов со всеми вытекающими из этого нюансами, а для портативной техники это означает ощутимо более продолжительную работу на одном заряде аккумулятора.

Интегральный усилитель Devialet Expert 250 Pro

Цена – 1 083 000 руб.

Тип – интегральный усилитель со встроенным блоком ЦАП и платой сетевого стриминга | Название – Devialet Expert 250 Pro | Выходная мощность, Вт – 2 х 250 (6 Ом) | Частотная характеристика, Гц – 0 — 95 000 (–3 дБ) | Гармонические искажения + шум (для полной мощности), % – 0,0005 | Отношение сигнал/шум, дБ – 130 | Коэффициент демпфирования – 8 000 | Выходное сопротивление, Ом – 0,001 | Аудиовходы – цифровой балансный AES/EBU, конфигурируемые цифровые или аналоговые 6 х RCA (4 цифровых коаксиальных, cтереопара), Phono MM/МС (2), цифровой оптический TosLink, Gigabit Ethernet, USB type B | Дополнительно – Wi-Fi 802.11ac (2,4 / 5 ГГц) | Габариты, см – 40,0 x 4,0 x 40,0 | Масса, кг – 9,7

Источник