Особенности построения усилителей мощности
В данной статье рассматриваются вопросы особенных требований к построению качественных усилителей мощности. Обычными требованиями при разработке любительских и промышленных конструкций, как правило является определенный набор технических характеристик чего явно недостаточно.
Наряду с требованиями по помехозащищенности необходимо уделить внимание и таким вопросам как - термостабильность, термостатирование, симметрия, единое питание для усилителя мощности, устойчивость в режиме клиппирования, включение/выключение без колебательных процессов, способность работы на низкоомную нагрузку, меры по снижению тепловых искажений, равенству скоростей нарастания и спада (переднего и заднего фронтов) импульсных сигналов.
Термостабильность - это свойство усилителя сохранять высокое качество звучания без изменений в рабочем температурном диапазоне. Качество звучания не должно зависеть от внешней температуры. Кроме того, качество звучания не должно меняться в зависимости от режима работы например на большой и малой мощности и не зависеть от интенсивности усиливаемого сигнала. Это должно обеспечиваться тщательной проработкой конструкции, применением тепловых связей между элементами, режимом активного прогрева и установления/поддержания рабочей температуры.
Термостатирование - это способность установления и поддержания стабильной рабочей температуры радиоэлементов, в том числе активных и пассивных. Это обеспечивает отсутствие температурных перепадов и колебаний влияющих на качество усиления. Для обеспечения режима поддержания постоянной рабочей температуры необходимо применять общие тепловые связи, единые радиаторы, многоуровневые системы регулирования токов покоя.
Симметричная топология и схемотехника - это схемное построение полностью идентичное для обеих полу волн. Кроме этого необходимо применять и полностью симметричную топологию печатной платы с равенством длин сигнальных цепей и цепей питания. Симметричные решения обеспечивают равенство скоростей нарастания и спада для импульсных сигналов.
Единое питание усилителя мощности - схемное решение без использования внутренних стабилизаторов, стабилитронов, единое питание для всех каскадов усилителя мощности. Усилитель мощности можно представить, как единый токовый мост. Такое решение усилителя мощности наряду с симметричными решениями обеспечивает устойчивость в клиппе, включение/выключение без переходных процессов, позволяет обходится без релейной коммутации выходных цепей.
Способность работы на низкоомную нагрузку - обеспечивает свойство усилителя работать с различными видами акустических систем с сложными и тяжелыми нагрузками. Это является важным свойством универсального применения усилителя. Кроме того, низкое выходное сопротивление улучшает помехозащищенность и устойчивость усилителя к наводкам и помехам, поступающим через выходные цепи и акустические кабели. Возможность работы на низкоомную нагрузку обеспечивается комплексом мер: токовый потенциал блока питания и выходного каскада, глубокая ОС, общая схемотехника.
Снижение тепловых искажений - обеспечивает комплекс мер, в основном технологического характера и выбор элементной базы. Тепловые искажения могут быть значительно снижены при использовании технологии термостатирования, когда конструкция усилителя обеспечивает принудительное поддержание рабочей температуры активных радиоэлементов, не допускает температурных колебаний в процессе работы. Это можно обеспечить единым радиатором с привязкой к нему радиоэлементов через конструктивные тепловые связи. Выбор элементов (транзисторов) необходимо выполнять с учетом возможности использования их с единым радиатором и тепловыми связями с минимальными тепловыми переходами. Например в отношении между выбором транзистора в корпусе ТО-220 и его выводной установки и транзистора в корпусе DPAK с пайкой к единому радиатору - выбор стоит делать соответственно с сторону смд решений.
Комплекс мер и требований к построению усилителей мощности позволяет устранить практически все недостатки усилителей мощности в современных условиях, на современной элементной базе с применением RF технологий и современных технологий по топологии печатных плат с применением СМД, МПП, технологий и приемов силовой электроники.
