Как убрать фон с блока питания в усилителе
Обновлено: 30.06.2024
В этом уроке мы рассмотрим интересную тему в области электроники: усилитель мощности. Они используются в аудиоприложениях, радиосвязи, медицинском оборудовании (МРТ) и во многих других областях. Итак, мы узнаем, что такое усилитель мощности, какие существуют типы усилителей мощности, классы усилителей мощности, а также несколько приложений.
Введение
Усилитель – это электронное устройство, используемое для увеличения величины напряжения/тока/мощности входного сигнала. Он принимает слабый электрический сигнал/форму волны и воспроизводит аналогичную более сильную форму волны на выходе с помощью внешнего источника питания.
В зависимости от изменений, которые он вносит во входной сигнал, усилители делятся на усилители тока, напряжения и мощности. В этой статье мы подробно узнаем об усилителях мощности. Для получения дополнительной информации о различных типах усилителей: Различные типы и области применения усилителей
Что такое усилитель мощности?
Усилитель мощности – это электронный усилитель, предназначенный для увеличения мощности входного сигнала. Мощность входного сигнала увеличивается до уровня, достаточного для управления нагрузками выходных устройств, таких как динамики, наушники, радиочастотные передатчики и т. д. В отличие от усилителей напряжения/тока, усилитель мощности предназначен для непосредственного управления нагрузками и используется в качестве конечного блока. в цепочке усилителя.
Входной сигнал усилителя мощности должен быть выше определенного порога. Таким образом, вместо того, чтобы напрямую передавать необработанный аудио/ВЧ-сигнал на усилитель мощности, он сначала предварительно усиливается с помощью усилителей тока/напряжения и после внесения необходимых изменений отправляется на вход усилителя мощности. Вы можете увидеть блок-схему аудиоусилителя и использование усилителя мощности ниже.
В этом случае в качестве источника входного сигнала используется микрофон. Величина сигнала с микрофона недостаточна для усилителя мощности. Итак, сначала его предварительно усиливают, где немного увеличивают его напряжение и ток. Затем сигнал проходит через схему управления тоном и громкостью, которая вносит эстетические коррективы в форму звуковой волны. Наконец, сигнал проходит через усилитель мощности, а выходной сигнал от усилителя мощности подается на динамик.
Типы усилителей мощности
В зависимости от типа подключаемого выходного устройства усилители мощности делятся на следующие три типа:
- Усилители мощности звука
- РЧ усилители мощности
- Усилители мощности постоянного тока
Усилители мощности звука
Усилители мощности этого типа используются для увеличения мощности более слабого аудиосигнала. К этой категории относятся усилители, используемые в схемах управления динамиками телевизоров, мобильных телефонов и т. д.
Выходная мощность аудиоусилителя варьируется от нескольких милливатт (как в усилителях для наушников) до тысяч ватт (как в усилителях мощности в системах Hi-Fi/домашних кинотеатрах).
Радиочастотные усилители мощности
Для беспроводной передачи требуются модулированные волны, которые передаются на большие расстояния по воздуху. Сигналы передаются с помощью антенн, а дальность передачи зависит от величины мощности сигналов, подаваемых на антенну.
Для беспроводных передач, таких как FM-вещание, антеннам требуются входные сигналы мощностью в тысячи киловатт. Здесь усилители мощности радиочастот используются для увеличения величины мощности модулированных волн до уровня, достаточно высокого для достижения требуемого расстояния передачи.
Усилители мощности постоянного тока
Усилители мощности постоянного тока используются для усиления мощности сигналов с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией). Они используются в электронных системах управления, которым требуются сигналы высокой мощности для управления двигателями или исполнительными механизмами. Они принимают входные данные от систем микроконтроллеров, увеличивают их мощность и подают усиленный сигнал на двигатели постоянного тока или приводы.
Классы усилителей мощности
Существует несколько способов проектирования схемы усилителя мощности. Рабочие и выходные характеристики каждой из конфигураций схемы отличаются друг от друга.
Чтобы различать характеристики и поведение различных схем усилителей мощности, используются классы усилителей мощности, в которых буквенные символы назначаются для обозначения метода работы.
В целом их можно разделить на две категории. Усилители мощности, предназначенные для усиления аналоговых сигналов, относятся к категориям A, B, AB или C. Усилители мощности, предназначенные для усиления цифровых сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), относятся к D, E, F и т. д.
Наиболее часто используемые усилители мощности — это те, которые используются в схемах аудиоусилителей, и они относятся к классам A, B, AB или C. Итак, давайте рассмотрим их подробно.
Усилитель мощности класса А
Аналоговые сигналы состоят из положительных максимумов и отрицательных минимумов. В усилителях этого класса в процессе усиления используется вся форма входного сигнала.
Один транзистор используется для усиления как положительной, так и отрицательной половины сигнала. Это делает их конструкцию простой и делает усилители класса А наиболее часто используемым типом усилителей мощности. Хотя этот класс усилителей мощности вытеснен более совершенными конструкциями, они по-прежнему популярны среди любителей.
В усилителях этого класса активный элемент (электронный компонент, используемый для усиления, в данном случае транзистор) используется все время, даже при отсутствии входного сигнала. Это выделяет много тепла и снижает эффективность усилителей класса А до 25 % в случае нормальной конфигурации и до 50 % в случае конфигурации с трансформаторной связью.
Угол проводимости (часть сигнала, используемая для усиления, из 360°) для усилителей класса A составляет 360°. Таким образом, уровни искажения сигнала очень низкие, что позволяет улучшить характеристики высоких частот.
Усилитель мощности класса B
Усилители мощности класса B предназначены для уменьшения проблем с эффективностью и нагревом, характерных для усилителей класса A. Вместо одного транзистора для усиления всего сигнала в усилителях этого класса используются два комплементарных транзистора.
Один транзистор усиливает положительную половину сигнала, а другой — отрицательную. Таким образом, каждое активное устройство проводит одну половину (180°) сигнала, а два из них при объединении усиливают весь сигнал.
Эффективность усилителей класса B значительно выше, чем у усилителей класса A, благодаря конструкции с двумя транзисторами. Они могут достигать теоретического КПД около 75%. Усилители мощности этого класса используются в устройствах с батарейным питанием, таких как FM-радиоприемники и транзисторные радиоприемники.
Из-за наложения двух половин сигнала в области кроссовера возникают небольшие искажения. Для уменьшения этого искажения сигнала разработаны усилители класса AB.
Усилитель мощности класса AB
Усилители класса AB представляют собой комбинацию усилителей классов A и B. Усилители этого класса предназначены для решения проблемы низкой эффективности усилителей класса A и искажения сигнала в области кроссовера в усилителях класса B.
Он поддерживает высокую частотную характеристику, как в усилителях класса A, и хорошую эффективность, как в усилителях класса B. Комбинация диодов и резисторов используется для обеспечения небольшого напряжения смещения, что уменьшает искажение формы сигнала вблизи области кроссовера. Из-за этого наблюдается небольшое снижение эффективности (60%).
Усилитель мощности класса C
Конструкция усилителей мощности класса C обеспечивает большую эффективность, но снижает линейность/угол проводимости, который составляет менее 90°. Другими словами, он жертвует качеством усиления ради повышения эффективности.
Меньший угол проводимости подразумевает большее искажение, поэтому усилители этого класса не подходят для усиления звука. Они используются в высокочастотных генераторах и усилении радиочастотных сигналов.
Усилители класса C обычно содержат настроенную нагрузку, которая фильтрует и усиливает входные сигналы определенной частоты, а формы сигналов других частот подавляются.
В этом типе усилителя мощности активный элемент работает только тогда, когда входное напряжение превышает определенный порог, что снижает рассеиваемую мощность и повышает эффективность.
Другие классы усилителей мощности
Усилители мощности классов D, E, F, G и т. д. используются для усиления цифровых сигналов с ШИМ-модуляцией. Они относятся к категории импульсных усилителей мощности и постоянно включают или постоянно выключают выход без каких-либо промежуточных уровней.
Из-за этой простоты усилители мощности, подпадающие под вышеупомянутые классы, могут достигать теоретического КПД до (90–100)%.
Приложения
Ниже приведены области применения усилителей мощности в различных секторах:
- Бытовая электроника. Усилители мощности звука используются практически во всех бытовых электронных устройствах, начиная от микроволновых печей, драйверов для наушников, телевизоров, мобильных телефонов и систем домашнего кинотеатра и заканчивая театральными и концертными системами усиления.
- Промышленность: усилители мощности импульсного типа используются для управления большинством промышленных исполнительных систем, таких как сервоприводы и двигатели постоянного тока.
- Беспроводная связь. Мощные усилители важны при передаче пользователям сигналов сотовой связи или FM-радиовещания. Более высокие уровни мощности стали возможными благодаря усилителям мощности, увеличивающим скорость передачи данных и удобство использования. Они также используются в оборудовании спутниковой связи.
Заключение
Краткое введение в концепцию усилителей мощности. Вы узнали, что такое усилитель мощности и его необходимость, различные типы и классы усилителей мощности, а также пару приложений.
● Получите более полное представление о преимуществах и недостатках линейных источников питания.
● Узнайте больше о различиях между линейными блоками питания и импульсными блоками питания.
Источник питания постоянного тока также является линейным источником питания.
Мы определяем «линейный» как продолжение или расположение вдоль прямой или почти прямой линии. Мы также определяем его как переход от этапа к этапу в одной серии. Однако линейность также представляет собой математическое соотношение, которое мы графически представляем в виде прямой линии.
Кроме того, мы тесно связываем это свойство с пропорциональностью. Вы можете наблюдать примеры такого типа отношений в области физики. Одним из таких примеров является линейная зависимость между током и напряжением в источнике питания или электрическом проводнике.
Линейный блок питания
Линейный источник питания используется в различных приложениях. Его широкое использование напрямую связано с общей выгодной производительностью, которую он обеспечивает. Неудивительно, что в области электроники большинство дизайнеров и инженеров предпочитают использовать компоненты, зарекомендовавшие себя как успешные и долговечные. Это также относится к линейному источнику питания, поскольку это признанная и проверенная технология.
Хотя линейный источник питания, как правило, не так эффективен, как импульсный источник питания (SMPS), он обеспечивает более высокую производительность. Если вы внимательно изучите рынок электроники, вы увидите широкое использование линейных источников питания в приложениях, требующих строгого подавления шума.
Одной из таких областей, где мы видим линейные источники питания, является область аудио и видео, включая усилители. Поскольку линейный источник питания не создает шума и импульсов переключения, характерных для импульсных источников питания, он идеально подходит для таких чувствительных приложений.
Преимущества и недостатки линейного источника питания
Линейный блок питания имеет множество преимуществ, включая общую относительно низкую стоимость и более простую конструкцию. Однако, как и почти все существующие вещи, с преимуществами приходят недостатки. В случае линейного блока питания эти недостатки заключаются в более низком КПД и избыточном нагреве, что приравнивается к потерям.
Линейные источники питания надежны, просты, производят минимальный шум и экономичны в производстве. Линейные источники питания также называют линейными регуляторами (LR). Потребность в меньшем количестве компонентов для создания линейного источника питания позволяет упростить конструкцию и снизить производственные затраты. Это также означает, что дизайнеры и инженеры предпочитают их по одним и тем же причинам.
В соответствии с правилами механики и электроники устройство (линейный источник питания), в котором используется меньше компонентов, по своей природе будет вызывать меньше проблем. Эта повышенная надежность является еще одним преимуществом использования линейного источника питания.
Преимущества и недостатки линейного источника питания (продолжение)
Линейный блок питания идеально подходит для приложений с низким энергопотреблением, что делает его столь же непригодным для приложений с высоким энергопотреблением. Таким образом, недостатками линейных источников питания являются более высокие потери тепла, больший размер и меньшая эффективность по сравнению с SMPS.
Основной проблемой, связанной с неадекватностью линейного источника питания для приложений с высокой мощностью, является его размер и вес. Это связано с потребностью в больших трансформаторах и других крупных компонентах конструкции. Помимо недостатков размеров, существуют проблемы с большими потерями тепла при регулировании мощных нагрузок. Благодаря своей конструкции через силовой транзистор проходят большие выходные токи, и тепловая нагрузка требует радиаторов для рассеивания этой энергии.
Наконец, вопрос эффективности является одной из существенных проблем линейного источника питания при оценке проекта. Низкий КПД означает, что существует существенная разница между входным и выходным напряжением, что является решающим фактором при рассмотрении вопроса об использовании линейных источников питания в вашей конструкции. Существуют и другие факторы, такие как напряжение нагрузки и падение напряжения, при оценке линейного источника питания для вашей конструкции. Как правило, при оценке источников питания для конкретного приложения необходимо учитывать все факторы, а не только стоимость, эффективность и размер.
Линейный источник питания и импульсный источник питания
ИИП отличается от линейного источника питания тем, как он преобразует первичное переменное напряжение в выходное постоянное напряжение. SMPS использует силовой транзистор для создания высокочастотного напряжения, которое проходит через небольшой трансформатор, а затем фильтрует его для удаления шума переменного тока. Однако линейный источник питания выдает постоянный ток, распределяя основное напряжение переменного тока через трансформатор, а затем фильтруя его для устранения помех переменного тока.
ИИП обеспечивают более высокую эффективность, меньший вес, меньшие размеры, повышенную надежность и более широкий диапазон входного напряжения. Однако линейный источник питания, как правило, более экономичен, имеет меньшие возможности, больше по размеру, больше весит и менее эффективен.
В процентном отношении линейный источник питания обычно работает с КПД около 60 %, тогда как КПД SMPS составляет около 80 % или выше.
Линейный источник питания имеет более длительный исторический опыт по сравнению с SMPS. Однако линейный блок питания не лишен недостатков. В целом, требования к приложению обычно определяют, какой блок питания лучше всего соответствует вашим индивидуальным потребностям.
После того, как вы выберете тип источника питания, который лучше всего подходит для вашей конкретной схемы, вы можете смоделировать все аспекты поведения схемы с помощью интерфейсных функций проектирования от Cadence и мощного симулятора PSpice. После того, как вы спроектировали свои схемы, вы можете использовать приложение для моделирования PSpice и инструменты симулятора, чтобы изучить эффективность и другие параметры вашего линейного источника питания или SMPS.
Если вы хотите узнать больше о том, как у Cadence есть решение для вас, поговорите с нами и нашей командой экспертов. Вы также можете посетить наш канал YouTube, чтобы посмотреть видеоролики о моделировании и системном анализе, а также узнать, что нового в нашем наборе инструментов для проектирования и анализа.
Об авторе
Решения Cadence PCB — это комплексный инструмент для проектирования от начала до конца, позволяющий быстро и эффективно создавать продукты. Cadence позволяет пользователям точно сократить циклы проектирования и передать их в производство с помощью современного отраслевого стандарта IPC-2581.
Следуйте на Linkedin Посетите веб-сайт Больше контента от Cadence PCB SolutionsПредыдущая статья
В этой статье рассказывается о важности сетевого управления для маршрутизации питания на печатной плате и .
Следующая статья
Когда речь идет о микропроцессоре и интегральной схеме, существует много важных различий и конструкций.
Часто мы сталкиваемся с раздражающим шумом, который издают наши усилители, когда мы подключаем их к источникам звука, например динамикам, сотовым телефонам, микшерам, аудиоинтерфейсам и другим. В этом случае мы склонны уменьшать громкость усилителя, чтобы свести к минимуму такой неприятный звук, что сводит на нет цель покупки усилителя. Многие из тех, кто покупает усилители, не являются инженерами-электриками или экспертами, способными определить причину проблемы. Чтобы остановить этот шум, иногда мы проверяем провода, плотно ли они подключены, или мы выключаем устройство и снова включаем его. Это может сработать, но в некоторых случаях это не так.В этой статье о том, как убрать гудение из усилителя, вы узнаете о некоторых распространенных причинах гудения в наших усилителях и предложите способы его устранения.
Каковы распространенные причины гудящего шума?
Шум, создаваемый усилителем, может исходить от таких источников звука, как динамики, сотовые телефоны, музыкальные проигрыватели, кабели или другие части устройств. Вот распространенные причины такого возникновения и способы устранения гудения из усилителя.
Непревзойденный входной и выходной сигнал
Бывают случаи, когда источник звука (выход) имеет более высокий уровень сигнала, чем усилитель (вход). Когда выходной и входной сигналы не сбалансированы, усилитель издает гудение.
Как устранить неполадку: вам нужно подключить резистор к источнику звука. Емкость резистора не должна превышать мощность источника. Размещение резистора соединяет один его конец с кабелем выходного провода, а другой конец с платой источника звука.
Петли заземления
Заземление (заземление) происходит, когда вы подключаете контакт заземления (земли) к основной электрической розетке, но ток не проходит по кабелю, который должен быть его путем, а создает петлю, и ток возвращается к источник тока. Чтобы проиллюстрировать это подробнее, предположим, например, что вы подключаете усилитель через заземляющий контакт или разъем к первичному источнику электрического тока. Вы также подключаете контакт заземления динамика к другим источникам электрического тока, если динамик не является устройством с поддержкой Bluetooth, что приводит к включению питания. Вы также подключаете провод кабеля от динамика к усилителю. В этом случае, когда два устройства, подключенные через провод кабеля, могут иметь разное количество электричества, что приводит к разнице напряжений. Эта разница создает петлю, в которой электрический ток течет по другому пути, отличному от предполагаемого кабеля, и называется заземлением, что приводит к гудящему шуму.
Устранение неполадок. Существует множество способов устранения гудящего шума от усилителя, если причиной является заземление. Первое, что нужно сделать, это использовать один и тот же источник электрической розетки, в котором величина производимого тока одинакова и обеспечивает баланс между напряжением усилителя и динамика. Если шум сохраняется, подключите разделительный трансформатор (адаптер) к кабелю заземления. Адаптер оснащен переключателем заземления, который минимизирует величину тока, протекающего по проводам кабеля. Еще один способ устранить землю — подключить заземляющий провод от динамика к усилителю. Заземляющий провод обеспечивает другой путь прохождения сигнала, предотвращает образование контура заземления и помех.
Непревзойденный сигнал, создаваемый и принимаемый по кабелям
Несимметричные сигналы возникают, когда кабели, которые мы подключаем от динамика к усилителю, не имеют аналогов или передают разные сигналы. Это означает, что кабель, который мы используем для соединения, должен выравнивать сигнал. Вы должны подключить источник звука, несущий высокую частоту, к линейному входу процессора компьютера. Линейный вход имеет более низкую частоту, предназначенную для частоты высокого сигнала и уравновешивающую два устройства. Разница между входным и выходным сигналом вызывает раздражающий шум.
Устранение неполадок: необходимо знать сигнал, передаваемый по кабелю (выход), и сигнал, который должен быть получен на входе. Одна вещь, чтобы избежать такого случая, — это хорошо относиться к вашему устройству. Некоторые кабели служат в качестве адаптеров или изоляторов контура заземления, которые не создают контур при использовании, даже если разность сигналов является потенциальной. Следует ознакомиться с различными кабелями, такими как RCA, разъемы, кабели TRS, TRRS, XLR и другие. Обладание этими знаниями выгодно и помогает сэкономить ваши деньги, избавляя вас от необходимости обращаться за помощью к устройству для ремонта.
Отсоединенные кабели заземления
Это также может вызвать гудение, если корпус кабеля заземления не подключен к разъемам заземления. Когда части линии, соединяющей источник звука и усилитель, подключены неправильно.
Устранение неполадок. Перед использованием устройства убедитесь, что кабели, разъемы и все части инструментов надежно закреплены.
Конденсаторы усилителя неисправны
Когда вы пытаетесь устранить неполадки, но усилитель не работает нормально, возможно, неисправны конденсаторы или неисправна проводка усилителя.
Устранение неполадок: обратитесь за советом к специалисту.
Неисправные кабели
Как убрать гудение от усилителей, если проблема в кабеле? Гул может быть из-за проводов, соединяющих источник звука с усилителем. Провода, используемые в течение длительного времени, могут прийти в стадию износа, что приведет к ухудшению качества звука.
Устранение неполадок. Попробуйте заменить дешевые кабели на новые, прочные и высококачественные. Или вы можете прикрепить к кабелям ферритовые дроссели, которые уменьшат частоту, которую несет линия.
Низкое качество источника звука
Бывают также случаи, когда проблема заключается в качестве источников звука, например, динамика.
Устранение неполадок. На цифровой звуковой рабочей станции качество звука можно улучшить с помощью расширенных настроек, в случае микшера или аудиоинтерфейса, которые можно редактировать с помощью программного обеспечения.
Заключение
Мы купили усилители, чтобы усилить звук, воспроизводимый нашими динамиками, мобильными телефонами и другими источниками звука. Тем не менее, есть неизбежные случаи, когда усилители производили гудящий шум вместо громкого звука высокой четкости. Просто неприятно иметь такой опыт. Таким образом, эта статья посвящена такой проблеме и содержит подробные сведения о том, как удалить гудящий шум из усилителя. Так как причин такого возникновения много, то и способов исправить тоже много. Узнайте больше об усилителях.
Читайте также: