RU2579302C1 - Sound power amplifier - Google Patents
Sound power amplifier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2579302C1 RU2579302C1 RU2015110235/08A RU2015110235A RU2579302C1 RU 2579302 C1 RU2579302 C1 RU 2579302C1 RU 2015110235/08 A RU2015110235/08 A RU 2015110235/08A RU 2015110235 A RU2015110235 A RU 2015110235A RU 2579302 C1 RU2579302 C1 RU 2579302C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transistors
- signal
- output
- power supply
- bias voltage
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/20—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
- H03F3/21—Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with semiconductor devices only
- H03F3/217—Class D power amplifiers; Switching amplifiers
Abstract
Description
Заявляемое изобретение относится к области электротехнических и радиотехнических устройств, в частности к усилительной технике, и может быть использовано в качестве готового изделия - усилителя мощности звуковой частоты высокого качества, работающего в режиме класса «А», либо в качестве блока усиления звукового сигнала в различной аппаратуре для высококачественного усиления сигнала звуковой частоты.The claimed invention relates to the field of electrical and radio engineering devices, in particular to amplification technology, and can be used as a finished product - a high-quality sound frequency power amplifier operating in class "A" mode, or as an audio signal amplification unit in various equipment for high quality amplification of the audio signal.
Принцип работы усилителя обусловлен режимом работы (включения) транзисторов. Усиление сигнала звуковой частоты подразделяется на основные классы «А», «В», «АВ», «С», «D». Каждому классу присущи определенные достоинства и недостатки, что в какой-то степени определяет сферу применения транзисторов. Перевод транзисторов с класса «А» в класс «В» увеличивает коэффициент гармонических искажений в четыре раза, в результате коэффициент усиления (без ООС) возрастает на 10-15 Дб, что уменьшает частоту среза на две октавы.The principle of operation of the amplifier is determined by the mode of operation (inclusion) of transistors. The amplification of the audio frequency signal is divided into the main classes “A”, “B”, “AB”, “C”, “D”. Each class has certain advantages and disadvantages, which to some extent determines the scope of application of transistors. The transfer of transistors from class “A” to class “B” increases the harmonic distortion factor by four times, as a result, the gain (without OOS) increases by 10-15 dB, which reduces the cutoff frequency by two octaves.
Для достижения максимально возможного качества звучания все каскады усилителя мощности должны работать в однотактном режиме класса «А», больше альтернативных режимов работы транзисторов не существует. Мощность усилителя и КПД не является показателем качества получаемого на выходе звукового сигнала.To achieve the highest possible sound quality, all stages of the power amplifier must operate in a single-cycle class “A” mode, there are no more alternative transistor operation modes. The power of the amplifier and efficiency is not an indicator of the quality of the sound signal received at the output.
В традиционных схемах в процессе усиления звуковой сигнал, проходя через различные блоки усилителя, искажается, "обрастая" ненужными гармониками.In traditional schemes, in the process of amplification, the sound signal, passing through various blocks of the amplifier, is distorted, "fouling" with unnecessary harmonics.
Условно причины плохого звучания можно разделить на следующие группы: искажение сигнала в усилителе; соединение с нагрузкой; влияние нагрузки; импеданс усилителя и работа динамика, при этом искажения сигнала в усилителе бывают линейные и нелинейные. Первое - просто изменение частотного спектра сигнала без искажения его формы. Нелинейные искажения - внесение в сигнал того, чего в нем не было изначально, а также расширение его спектра, порождают трудности и ухудшают восприятие звуковой картинки.Conditionally, the causes of poor sound can be divided into the following groups: signal distortion in the amplifier; connection to the load; load effect; the impedance of the amplifier and the operation of the speaker, while the signal distortion in the amplifier is linear and non-linear. The first is simply changing the frequency spectrum of the signal without distorting its shape. Nonlinear distortion - introducing into the signal what was not originally in it, as well as expanding its spectrum, cause difficulties and impair the perception of the sound picture.
К видам нелинейных искажений относятся: нелинейные искажения; ограничение уровня; интермодуляционные; коммутационные; динамические и самовозбуждение. При нелинейных искажениях звуковой сигнал проходит через усилитель, увеличивается по амплитуде и искажается, при этом в полезный сигнал будут внесены шумы, искажения, помехи, мешающие качественному восприятию звука.Types of nonlinear distortion include: nonlinear distortion; level restriction; intermodulation; switching; dynamic and self-excited. With non-linear distortions, the sound signal passes through the amplifier, increases in amplitude and is distorted, while noises, distortions, and noise that interfere with the sound quality are introduced into the useful signal.
Из уровня техники известны электронные схемы усилителей, основанные на использовании или электронных ламп, или транзисторов различного типа и структуры, или комбинированные схемы с применением и ламп, и транзисторов, при этом оконечный каскад, формирующий мощность для акустической системы, содержит либо транзисторы, либо электронные лампы (см., например, журнал «Радио» №1 2004 г., стр. 18; №1 2009 г., стр. 13; №5 2009 г., стр. 10; №2 2010 г., стр. 17).Amplifier circuits based on the use of either electronic tubes or transistors of various types and structures, or combined circuits using both lamps and transistors are known in the art, and the terminal stage generating power for the speaker system contains either transistors or electronic lamps (see, for example, Radio Magazine No. 1 of 2004, p. 18; No. 1 of 2009, p. 13; No. 5 of 2009, p. 10; No. 2 of 2010, p. 17 )
По сравнению с ламповыми схемами транзисторные схемы более компактны, энергоэффективны, однако имеют ряд недостатков по качеству воспроизведения исходного звукового сигнала из-за низкой мощности в режиме «А», выделения большого количества теплоты - КПД порядка 10%. Кроме того, традиционные транзисторные схемы, построенные на принципу последовательных каскадов, имеют отличительную особенность - так называемый «транзисторный звук», на слух воспринимаемый как жесткий металлический звук, вызывающий у слушателя ощущение неестественного звучания. Это связано с тем, что сигнал, подаваемый на акустическую систему, не адаптирован к работе динамической головки. В частности, такой сигнал в виде переменного напряжения относительно нулевого уровня имеет синусоидальную форму, но не является абсолютно симметричным, что не позволяет динамической головке равномерно распространять звуковые колебания в обе стороны движения механизма излучателя. В случае использования последовательных каскадов транзисторных усилителей каждый такой каскад добавляет искажение сигнала на выходе, тем самым существенно изменяя исходный сигнал. На эффективной работе усилителей с последовательными каскадами отрицательно сказываются предпринимаемые способы борьбы с самовозбуждением - возникновением электрических колебаний в электронной системе при отсутствии внешних воздействий, связанным с неустойчивостью равновесия в системе, или применением схем с отдельным усилением полупериодов исходного сигнала.Compared to tube circuits, transistor circuits are more compact, energy efficient, however, they have a number of drawbacks in the quality of reproduction of the original sound signal due to the low power in “A” mode and the release of a large amount of heat - an efficiency of about 10%. In addition, traditional transistor circuits, built on the principle of sequential cascades, have a distinctive feature - the so-called "transistor sound", which is heard by ear as a hard metal sound, causing the listener to feel unnatural sound. This is due to the fact that the signal supplied to the speaker system is not adapted to the operation of the dynamic head. In particular, such a signal in the form of an alternating voltage relative to the zero level has a sinusoidal shape, but is not absolutely symmetrical, which does not allow the dynamic head to evenly propagate sound vibrations in both directions of movement of the emitter mechanism. In the case of using sequential stages of transistor amplifiers, each such stage adds distortion to the output signal, thereby substantially changing the original signal. The effective operation of amplifiers with sequential stages is adversely affected by the methods taken to combat self-excitation - the occurrence of electrical oscillations in the electronic system in the absence of external influences associated with instability of the equilibrium in the system, or the use of circuits with separate amplification of half-periods of the original signal.
Выходные транзисторы усилителя в режиме «А» усиливают как положительную, так и отрицательную полуволны входного сигнала, однако проблема такого усиления, особенно при использовании нескольких каскадов, заключается в непропорциональном усилении этих полуволн, преимущественно в режиме большой мощности.The output transistors of the amplifier in mode “A” amplify both the positive and negative half-waves of the input signal, however, the problem of such amplification, especially when using several stages, is the disproportionate amplification of these half-waves, mainly in high power mode.
В ламповых усилителях за счет использования схемы с выходным согласующим трансформатором формируется наиболее эффективный, полезный усиленный сигнал высокого качества. Сигнал, подаваемый на акустическую систему, в сравнении с традиционными транзисторными усилителями имеет симметричную форму относительно нуля и поэтому вызывает у слушателя приятные ощущения, основанные на восприятии более естественного звука. Однако в ламповых схемах при использовании последовательных каскадов также происходит искажение звука, которое суммируется по мере прохождения сигнала. Помимо этого, ламповые усилители обладают только им присущими недостатками, например слабо выраженными низкими и высокими частотами, значительным энергопотреблением и выделением тепла, необходимостью разогрева, а также большими габаритами, массой, ограниченным сроком службы ламп и их высокой стоимостью.In tube amplifiers, through the use of a circuit with an output matching transformer, the most effective, useful amplified signal of high quality is formed. The signal supplied to the speaker system, in comparison with traditional transistor amplifiers, has a symmetrical shape with respect to zero and therefore gives the listener a pleasant sensation based on the perception of a more natural sound. However, in lamp circuits, when using sequential cascades, sound distortion also occurs, which is summed up as the signal passes. In addition, tube amplifiers have only their inherent disadvantages, for example, weakly expressed low and high frequencies, significant energy consumption and heat generation, the need for heating, as well as large dimensions, weight, limited lamp life and their high cost.
Из уровня техники известно устройство усиления звука, содержащее источник питания с емкостным фильтром и подключенным к нему двухкаскадным усилителем низкой частоты в виде предварительного каскада усиления напряжения звукового сигнала, имеющего в своем составе радиолампу, управляющая сетка которой соединена с регулятором входного сигнала, а анод и катод - с соответствующими анодной нагрузкой и сопротивлением автоматического смещения, и каскада усиления с разделенной нагрузкой на радиолампе, управляющая сетка которой соединена с анодом радиолампы предварительного каскада усиления и его анодной нагрузкой, а также громкоговоритель, причем разделенная нагрузка выполнена в виде двух звуковых катушек громкоговорителя с одинаковыми числом витков, диаметром и длиной провода, размещенных изолированно друг от друга в зазоре магнитной системы громкоговорителя одна поверх другой, обе звуковые катушки включены синфазно по усиливаемому сигналу, при этом конец первой звуковой катушки соединен с анодом радиолампы каскада усиления с разделенной нагрузкой, а начало - с положительным, +Е1, зажимом источника питания, отрицательный, -Е1, зажим которого соединен с концом второй звуковой катушки, начало которой соединено с катодом радиолампы каскада усиления с разделенной нагрузкой, каждая звуковая катушка имеет комплексное электрическое сопротивление, равное половине оптимального внутреннего сопротивления радиолампы каскада с разделенной нагрузкой, а сопротивление автоматического смещения этой радиолампы равно сумме сопротивления анодной нагрузки радиолампы каскада предварительного усиления напряжения и активного сопротивления второй звуковой катушки, при этом анодная нагрузка радиолампы предварительного каскада усиления напряжения подключена к точке соединения отрицательного, -E1, и положительного, +Е2, зажимов источника питания, к отрицательному, -Е2, зажиму которого подключено сопротивление автоматического смещения, причем анодная нагрузка радиолампы может быть выполнена в виде транзистора с обратной проводимостью по отношению к этой радиолампе, база которого снабжена регулятором внутреннего сопротивления (патент РФ №2221326 на изобретение «Тракт усиления звука», дата подачи 14.03.2002 г., опубликовано 10.01.2004 г.).It is known from the prior art a sound amplification device comprising a power source with a capacitive filter and a two-stage low-frequency amplifier connected to it in the form of a preliminary cascade for amplifying the voltage of the audio signal, which includes a radio tube, the control grid of which is connected to the input signal regulator, and the anode and cathode - with the corresponding anode load and resistance to automatic bias, and a gain stage with a divided load on the radio tube, the control grid of which is connected to the ano ohm radio tubes of the preliminary amplification stage and its anode load, as well as a loudspeaker, moreover, the divided load is made in the form of two loudspeaker sound coils with the same number of turns, wire diameter and length, placed separately from each other in the gap of the loudspeaker magnetic system one on top of the other, both sound the coils are turned on in-phase according to the amplified signal, while the end of the first voice coil is connected to the anode of the radio tube of the amplification stage with a divided load, and start with nym, E + 1, a power supply terminal, a negative, -E 1, the clamp is connected to the second end of the voice coil, the beginning of which is connected to the cathode radio tubes gain stage load-shared, each voice coil has a complex electrical resistance equal to half the optimum internal resistance radio tubes of the cascade with a divided load, and the resistance of the automatic bias of this radio tube is equal to the sum of the resistance of the anode load of the radio tube of the cascade of preliminary voltage amplification and active resistance of the second voice coil, while the anode load of the radio tube of the preliminary voltage amplification stage is connected to the connection point of the negative, -E 1 , and positive, + E 2 terminals of the power supply, to the negative, -E 2 , the terminal of which is connected to the bias resistance, moreover, the anode load of the radio tube can be made in the form of a transistor with reverse conductivity in relation to this radio tube, the base of which is equipped with an internal resistance regulator (RF patent No. 2221326 on etenie "path amplification", the filing date of 14.03.2002, published on 10.01.2004, the).
Недостатки данного решения связаны с громоздкой схемой, в частности выполнением разделенной нагрузки в виде двух звуковых катушек, каждая из которых имеет комплексное электрическое сопротивление, величина которого должна быть заранее определена и строго соблюдаться для осуществления качественной работы. Кроме того, использование многочисленных взаимосвязей между элементами схемы приводит к возникновению нелинейных искажений, ухудшающих качество звучания.The disadvantages of this solution are associated with a cumbersome circuit, in particular, the execution of a divided load in the form of two voice coils, each of which has a complex electrical resistance, the value of which must be predetermined and strictly adhered to to perform high-quality work. In addition, the use of numerous relationships between circuit elements leads to nonlinear distortions that degrade sound quality.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является усилитель мощности звука, включающий по меньшей мере два последовательных каскада, каждый из которых содержит по две транзисторные пары Дарлингтона с входными и выходными транзисторами, блок формирования напряжения смещения, громкоговоритель (динамическую головку), разнополюсный (двуполярный) блок питания всей схемы, разделяющий транзистор, блок стабилизации питания, а также подбираемые специальным образом трансформаторы для блока формирования напряжения смещения, при этом для одного каскада используют пары полевых транзисторов, для другого - биполярные транзисторы.The closest technical solution to the claimed invention is a sound power amplifier comprising at least two consecutive stages, each of which contains two Darlington transistor pairs with input and output transistors, a bias voltage generating unit, a loudspeaker (dynamic head), bipolar (bipolar) the power supply unit of the entire circuit, separating the transistor, the power supply stabilization unit, as well as specially selected transformers for the bias voltage generating unit In this case, pairs of field-effect transistors are used for one stage, and bipolar transistors for the other.
Каскады соединены между собой следующим образом: один эммитер выходного транзистора первого каскада соединен с коллектором выходного транзистора второго каскада, а второй эмиттер выходного транзистора первого каскада соединен с одним из выводов динамической головки, при этом второй вывод динамической головки соединен с точкой разнополюсного блока питания (http HYPERLINK "http://grimmi.ru/"). Работая в режиме «А», выходные транзисторы усиливают как положительную, так и отрицательную полуволны входного сигнала. Однако при последовательном подключении нескольких каскадов происходит непропорциональное усиление этих полуволн, особенно в режимах большой мощности.The cascades are interconnected as follows: one emitter of the output transistor of the first stage is connected to the collector of the output transistor of the second stage, and the second emitter of the output transistor of the first stage is connected to one of the terminals of the dynamic head, while the second output of the dynamic head is connected to a point of a multi-pole power supply unit (http HYPERLINK "http://grimmi.ru/"). When operating in “A” mode, the output transistors amplify both the positive and negative half-waves of the input signal. However, when several cascades are connected in series, a disproportionate amplification of these half-waves occurs, especially in high power modes.
Недостатки известного решения обусловлены применением мощных спаренных транзисторов, включенных однотактным повторителем мощности. Однако для высококачественного усиления напряжения в данной конструкции не могут быть использованы любые транзисторы, обеспечивающие любой режим работы. Для данного усилителя требуется специальный подбор транзисторов. Кроме того, в схемах часто используют лампово-полупроводниковую конструкцию усиления, в которой усилителем напряжения выступает ламповый каскад, а усилителем тока - биполярные NpN транзисторы (http HYPERLINK "http://grimmi.ru/princip%20trans.html"). Сложная схема с большим количеством взаимосвязей элементов между собой приводит к увеличению искажений и помех, что снижает мощность, КПД усилителя. Помимо этого, усилитель сильно греется.The disadvantages of the known solutions are due to the use of powerful paired transistors, included a single-cycle power follower. However, for high-quality voltage amplification in this design, any transistors that provide any operating mode cannot be used. For this amplifier, a special selection of transistors is required. In addition, circuits often use a tube-semiconductor amplification design in which the lamp cascade acts as a voltage amplifier and bipolar NpN transistors act as a current amplifier (http HYPERLINK "http://grimmi.ru/princip%20trans.html"). A complex circuit with a large number of interconnections between the elements leads to an increase in distortion and interference, which reduces the power and efficiency of the amplifier. In addition, the amplifier is very hot.
Предлагаемая к защите конструкция усилителя мощности звука устраняет недостатки ламповых и транзисторных схем.The sound power amplifier design proposed for protection eliminates the disadvantages of tube and transistor circuits.
Заявляемое устройство за счет использования по меньшей мере двух симметрично подключенных каскадов равномерно усиливает как отрицательную, так и положительную полуволны входного сигнала, за счет чего формируется глубокое, равномерное движение диффузора динамической головки (громкоговорителя), что, в свою очередь, обеспечивает натуральность звука.The inventive device through the use of at least two symmetrically connected cascades evenly amplifies both negative and positive half-waves of the input signal, due to which a deep, uniform movement of the diffuser of the dynamic head (loudspeaker) is formed, which, in turn, ensures natural sound.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является повышение качества усиления мощности звука за счет оптимизации выходного сигнала для работы динамической головки (громкоговорителя), уменьшения нелинейных искажений, а также равномерного усиления отрицательной и положительной полуволн сигнала и его беспрепятственного прохождения в глубоко открытых транзисторных парах.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to improve the quality of amplification of sound power by optimizing the output signal for the dynamic head (loudspeaker), reducing non-linear distortion, as well as uniform amplification of the negative and positive half-waves of the signal and its unhindered passage in deeply open transistor in pairs.
Указанный технический результат достигается тем, что в усилителе мощности звука, включающем по меньшей мере два каскада, каждый из которых содержит по две транзисторные пары Дарлингтона с входными и выходными транзисторами, разделяющий транзистор, динамическую головку, блок формирования напряжения смещения, двуполярный блок питания, согласно изобретению каскады в точке входа исходного сигнала и выхода усиленного сигнала симметрично подключены друг к другу эмиттерами противоположных полярностей выходных транзисторов транзисторных пар Дарлингтона и в этой же точке подключены к динамической головке, другой вывод которой присоединен к общему проводу двуполярного блока питания, при этом каждый каскад снабжен отдельным блоком формирования напряжения смещения и блоком питания, причем каждый блок формирования напряжения смещения содержит стабилизатор, который через подстроечный резистор связан с соответствующей базой транзисторных пар Дарлингтона, а каждый блок питания включает фильтрующие конденсаторы.The specified technical result is achieved by the fact that in the sound power amplifier comprising at least two stages, each of which contains two Darlington transistor pairs with input and output transistors, separating the transistor, dynamic head, bias voltage generating unit, bipolar power supply, according to The invention cascades at the point of entry of the source signal and the output of the amplified signal are symmetrically connected to each other by emitters of opposite polarities of the output transistors transistor ar Darlington and at the same point are connected to a dynamic head, the other output of which is connected to a common wire of a bipolar power supply unit, each cascade is equipped with a separate bias voltage generating unit and a power supply, each bias generating unit contains a stabilizer, which through a tuning resistor connected to the corresponding base of Darlington transistor pairs, and each power supply includes filtering capacitors.
К каждому каскаду с целью увеличения общей мощности могут быть присоединены несколько одинаковых параллельных каскадов, при этом усилитель при необходимости дополнительно снабжают терморезисторами (термисторами), размещенными между эмиттерами и базами выходных транзисторов транзисторных пар Дарлингтона.In order to increase the total power, several identical parallel stages can be connected to each cascade, while the amplifier, if necessary, is additionally equipped with thermistors (thermistors) located between the emitters and the bases of the output transistors of Darlington transistor pairs.
Заявляемое изобретение поясняется чертежом, где изображена принципиальная схема усилителя мощности звука.The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of a sound power amplifier.
Предлагаемое к защите устройство содержит два симметричных каскада, каждый из которых снабжен отдельным гальваническим питанием, собран из транзисторов разной структуры, в том числе образующих транзисторные пары Дарлингтона, соединенных эмиттерами противоположной полярности в точке входа исходного сигнала и выхода сигнала на динамическую головку (громкоговоритель), при этом подача сигнала с каскадов на динамическую головку осуществляется одновременно. Усилитель может содержать несколько параллельно подключенных пар каскадов, что позволяет пропорционально увеличивать выходную мощность усилителя, при этом количество используемых каскадов определяется мощностью трансформатора питания, увеличение количества каскадов не приводит к повышению возможности самовозбуждения усилителя. Усилитель не имеет обратной связи.The device proposed for protection contains two symmetric cascades, each of which is equipped with a separate galvanic power supply, assembled from transistors of different structures, including those forming Darlington transistor pairs connected by emitters of opposite polarity at the input point of the initial signal and the signal output to the dynamic head (loudspeaker), while the signal from the cascades to the dynamic head is carried out simultaneously. The amplifier may contain several pairs of cascades connected in parallel, which allows to proportionally increase the output power of the amplifier, while the number of cascades used is determined by the power of the power transformer, an increase in the number of cascades does not increase the possibility of self-excitation of the amplifier. The amplifier has no feedback.
В состав усилителя входят: двуполярный блок питания 1, выполненный в виде трансформатора с тремя обмотками, одна из которых подключена к питающей сети, другие две посредством двух диодных мостов 2 (V1, V2) и фильтрующих (сглаживающих) конденсаторов 3 (С7, С8) формируют нестабилизированное постоянное питание для каскадов. Основное питание схемы не требует стабилизации, однако включение в схему фильтрующих конденсаторов 3 (С7, С8) позволяет снизить влияние фоновых сигналов и пиковые нагрузки, что улучшает качество звучания.The amplifier includes: a bipolar power supply 1, made in the form of a transformer with three windings, one of which is connected to the mains, the other two through two diode bridges 2 (V1, V2) and filtering (smoothing) capacitors 3 (C7, C8) form unstabilized constant power for cascades. The main power supply of the circuit does not require stabilization, but the inclusion of filter capacitors 3 (C7, C8) in the circuit can reduce the influence of background signals and peak loads, which improves sound quality.
Кроме этого, схема содержит блок формирования стабилизированного питания для подачи через построечные резисторы 4 (R2, R3) напряжения смещения на базы управляющих транзисторов 5 (VT2-VT5) в виде двух разнополярных стабилизаторов 6 (D1) и 7 (D2), в качестве которых могут быть использованы, например, стабилизаторы LM317 и LM337. Формирование постоянного стабилизированного напряжения смещения может быть выполнено по любой иной схеме и на основе иной элементной базы.In addition, the circuit contains a stabilized power supply unit for supplying bias voltage to the base of the control transistors 5 (VT2-VT5) through construction resistors 4 (R2, R3) in the form of two different-polarized stabilizers 6 (D1) and 7 (D2), in which can be used, for example, stabilizers LM317 and LM337. The formation of a constant stabilized bias voltage can be performed according to any other scheme and on the basis of a different element base.
Основная схема усилителя состоит из двух симметричных каскадов, соединенных в точке выхода сигнала на динамическую головку (громкоговоритель) 8 разнополярными эмиттерами выходных транзисторов 9 транзисторных пар Дарлингтона (VT8, VT9), причем в эту же точку соединения через «общий провод» поступает исходный сигнал, и исходит непосредственно в динамическую головку (громкоговоритель) 8 усиленный сигнал. Другой вывод динамической головки 8 присоединен к общему проводу двуполярного питания 1, связанного с диодными мостами 2 (V1, V2).The main circuit of the amplifier consists of two symmetric stages connected at the point of output of the signal to the dynamic head (loudspeaker) by 8 different-polarity emitters of the output transistors 9 of Darlington's transistor pairs (VT8, VT9), and the original signal arrives at the same connection point through the “common wire”, and goes directly to the dynamic head (loudspeaker) 8 amplified signal. Another output of the dynamic head 8 is connected to a common wire of bipolar power 1 connected to diode bridges 2 (V1, V2).
Второй вход поступления исходного (усиливаемого) сигнала через переменный резистор 10 (R1) управления громкостью и разделяющие конденсаторы 11 (С1, С2) присоединен к базам входных управляющих транзисторов 5 (VT2-VT5) транзисторных пар Дарлингтона.The second input input of the initial (amplified) signal through the variable volume control resistor 10 (R1) and the separating capacitors 11 (C1, C2) is connected to the bases of the input control transistors 5 (VT2-VT5) of Darlington transistor pairs.
Усиление сигнала при использовании в схеме двух каскадов осуществляется непосредственно четырьмя парами транзисторов: по две пары в каждом каскаде, в качестве которых используют составной транзистор, известный как пары Дарлингтона - соединение двух биполярных транзисторов, включенных таким образом, что нагрузкой в эмиттерной цепи предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора последующего каскада (то есть эмиттер предыдущего транзистора соединяется с базой последующего), при этом транзисторы соединяются коллекторами.The signal amplification when two cascades are used in the circuit is carried out directly by four pairs of transistors: two pairs in each cascade, which are used as a composite transistor, known as Darlington pairs - the connection of two bipolar transistors connected in such a way that the load in the emitter circuit of the previous cascade is the base-emitter junction of the transistor of the subsequent stage (that is, the emitter of the previous transistor is connected to the base of the next), while the transistors are connected by collectors.
Как правило, составные транзисторы Дарлингтона используют в сильноточных схемах, например в схемах стабилизаторов напряжения, выходных каскадах усилителей мощности и во входных каскадах усилителей, если необходимо обеспечить большой входной импеданс и малые входные токи.As a rule, Darlington composite transistors are used in high-current circuits, for example, in voltage stabilizer circuits, output stages of power amplifiers and in input stages of amplifiers, if it is necessary to provide a large input impedance and low input currents.
В заявляемой схеме использовано четыре пары составных транзисторов Дарлигтона разной структуры, а именно: 12 (VT1)-(VT7); 5 (VT3)-9(VT8); 5 (VT4)-9(VT9); 13 (VT6)-(VT10), при этом транзисторные пары разной структуры в каждом каскаде соединены коллекторами, а те пары транзисторов Дарлингтона 12 (VT1)-(VT7) и 13 (VT6)-(VT10), на которые поступает исходный сигнал, снабжены дополнительными разделяющими транзисторами, функции которых выполняют входные транзисторы 5 (VT2, VT5), присоединенные своими базами к базам транзисторов Дарлингтона, на которые поступает исходный сигнал, а эмиттеры разделяющих транзисторов присоединены к эмиттерам входных транзисторных пар Дарлингтона, на которые поступает исходный сигнал. Коллекторы этих разделяющих транзисторов соединены с базами транзисторных пар Дарлингтона, на которые исходный сигнал непосредственно не поступает, передают на них сигнал и напряжение смещения.In the claimed circuit, four pairs of composite Darligton transistors of different structures are used, namely: 12 (VT1) - (VT7); 5 (VT3) -9 (VT8); 5 (VT4) -9 (VT9); 13 (VT6) - (VT10), while transistor pairs of different structures in each stage are connected by collectors, and those pairs of Darlington transistors 12 (VT1) - (VT7) and 13 (VT6) - (VT10), which receive the original signal, equipped with additional dividing transistors, the functions of which are performed by input transistors 5 (VT2, VT5), connected by their bases to the bases of Darlington transistors, to which the original signal is supplied, and the emitters of the separating transistors are connected to the emitters of Darlington input transistor pairs, to which the initial signal is supplied. The collectors of these isolation transistors are connected to the bases of Darlington transistor pairs, to which the original signal does not directly arrive, transmit a signal and a bias voltage to them.
Выходные транзисторы 9 (VT8, VT9) всех транзисторных пар Дарлингтона должны иметь хороший теплоотвод, параметры которого зависят от глубины напряжения смещения транзисторных пар и напряжения питания всей схемы.The output transistors 9 (VT8, VT9) of all Darlington transistor pairs should have a good heat sink, the parameters of which depend on the depth of the bias voltage of the transistor pairs and the supply voltage of the entire circuit.
В случае использования в схеме нескольких каскадов с целью компенсации разброса параметров транзисторов в устройстве между базой и эмиттером выходных транзисторов транзисторных пар Дарлингтона 9 (VT8, VT9) дополнительно устанавливают терморезисторы (на чертеже не показаны).If several cascades are used in the circuit in order to compensate for the spread of transistor parameters in the device between the base and emitter of the output transistors of Darlington 9 transistor pairs (VT8, VT9), thermistors are additionally installed (not shown in the drawing).
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
После подключения внешнего источника питания постоянное нестабилизированное напряжение от трансформаторов 1 подается на стабилизаторы 6, 7 (D1, D2), которые формируют заранее определенное напряжение смещения. Подлежащий усилению сигнал через сопротивление 10 (R1) и конденсаторы 11 (C1, С2) поступает на базы управляющих входных транзисторов 5 (VT2 - VT5) по меньшей мере двух каскадов и затем непосредственно на эмиттеры выходных комплементарных транзисторов 9 (VT8, VT9). При этом каждый каскад имеет самостоятельное, отдельное питание. В точке выхода сигнала на динамическую головку 8 каскады соединены противоположными полярностями, что не только компенсирует эффект недоусиления полуволн каждым каскадом, но и позволяет подать сигнал непосредственно в точку соединения эмиттеров выходных транзисторов, формируя, таким образом, коэффициент усиления всей схемы. Благодаря такой подаче исходного сигнала, проходящего путь через минимум элементов схемы, не происходит присоединения помех, шумов и т.п., что позволяет максимально усилить сигнал без потери качества и натуральности звучания.After connecting an external power source, a constant unstabilized voltage from transformers 1 is supplied to
Известно, что транзисторы, работающие в режиме «А» и входящие в состав усилителя, должны находиться не в открытом или закрытом состояниях, а должны быть полуоткрыты, т.е. частично открыты, при этом глубина открытия транзистора определяется параметрами теплоотвода и количеством параллельно подключенных каскадов. Для обеспечения такого состояния транзистора на его базу подается небольшое напряжение. Эта процедура называется смещением транзистора. За основу работоспособности заявляемого изобретения взят принцип: напряжение смещения выходных транзисторов не должно быть меньше амплитуды входного сигнала. Учитывая это, с помощью подстроечных резисторов 4 (R2, R3) подбирают подходящее для конкретного вида комплементарных пар выходных транзисторов 9 (VT8, VT9) напряжение смещения (Uсм), причем включение обоих каскадов формирует нулевое суммарное напряжение на нагрузке. Напряжение смещения открывает все транзисторы, что способствует более эффективному прохождению сигнала и его воздействию на диффузор динамической головки 8, формируя глубокое и равномерное его движение, что, в свою очередь, обеспечивает натуральность звучания.It is known that transistors operating in the “A” mode and included in the amplifier should not be in the open or closed states, but should be half open, i.e. partially open, while the opening depth of the transistor is determined by the heat sink parameters and the number of cascades connected in parallel. To ensure this state of the transistor, a small voltage is applied to its base. This procedure is called transistor bias. The principle of the operability of the claimed invention is taken: the bias voltage of the output transistors should not be less than the amplitude of the input signal. With this in mind, with the help of trimming resistors 4 (R2, R3), bias voltage (Ucm) suitable for a particular type of complementary pairs of output transistors 9 (VT8, VT9) is selected, and the inclusion of both stages generates zero total voltage at the load. The bias voltage opens all the transistors, which contributes to a more efficient passage of the signal and its effect on the diffuser of the dynamic head 8, forming a deep and uniform movement, which, in turn, ensures a natural sound.
Стабилизированное напряжение смещения подается на вход каждого каскада такой величины, чтобы, с одной стороны, обеспечить максимальную мощность и качество пропускаемого сигнала, а с другой - сохранить стабильную работу усилителя с учетом применяемых мер для отвода избыточного тепла. Наибольшая тепловая отдача происходит в режиме покоя, поскольку максимальное постоянное напряжение и большой ток сосредоточены на эмиттерах транзисторов 9 (VT8, VT9), подключенных к динамической головке (громкоговорителю) 8. Прохождение сигнала через усилитель несколько охлаждает выходные транзисторы 9, т.к. часть тепловой энергии, сформированной в режиме покоя па эмиттерах, преобразуется в переменное напряжение и отводится в динамическую головку. Напряжение смещения должно быть стабилизировано и не должно зависеть от напряжения внешней сети.A stabilized bias voltage is supplied to the input of each stage of such a magnitude that, on the one hand, to ensure maximum power and quality of the transmitted signal, and on the other hand, to maintain stable operation of the amplifier, taking into account the measures used to remove excess heat. The greatest heat loss occurs in standby mode, since the maximum constant voltage and high current are concentrated on the emitters of transistors 9 (VT8, VT9) connected to the dynamic head (loudspeaker) 8. The signal passing through the amplifier somewhat cools the output transistors 9, because part of the thermal energy generated at rest by emitters is converted into alternating voltage and transferred to a dynamic head. The bias voltage must be stabilized and must not depend on the voltage of the external network.
Примеры конкретного осуществления изобретенияExamples of specific embodiments of the invention
Усилитель мощности звука спроектирован на общедоступных транзисторах, например, кт 818, кт 819, которые в случае изменения характеристик напряжения, подающегося на базы входных транзисторов 5 (VT2 - VT5), могут быть заменены на любые другие не меньшей мощности. В случае применения в схеме транзисторов кт 818, кт 819 напряжение смещения каждого каскада должно формировать на выходном транзисторе 9 (VT8 или VT9) при включенной нагрузке и отключенном симметричном каскаде напряжение величиной 0,5-0,6 В. Включение обоих каскадов формирует нулевое суммирующее напряжение на нагрузке.The sound power amplifier is designed on publicly available transistors, for example, CT 818, CT 819, which, in case of changing the characteristics of the voltage supplied to the base of the input transistors 5 (VT2 - VT5), can be replaced with any other of no less power. In the case of the use of CT 818, CT 819 transistors in the circuit, the bias voltage of each stage must form a voltage of 0.5-0.6 V on the output transistor 9 (VT8 or VT9) when the load is on and the symmetric stage is off. The inclusion of both stages forms a zero summing load voltage.
В случае использования более мощных транзисторов увеличение мощности на каждые 10 ватт рассеивающей мощности выходных транзисторов 9 (VT8, VT9) увеличивает напряжение на 0,1 В.In the case of using more powerful transistors, an increase in power for every 10 watts of the dissipating power of the output transistors 9 (VT8, VT9) increases the voltage by 0.1 V.
Преимуществом заявляемого изобретения является обеспечение глубокого, равномерного движения диффузора динамической головки (громкоговорителя), что, в свою очередь, обеспечивает натуральность звучания, повышает его качество за счет использования симметричной формы подачи сигнала относительно нуля. Кроме того, в устройстве использованы общедоступные элементы, в частности транзисторы. Сокращается потребление энергии. Управляющий (исходный) звуковой сигнал подается через конденсаторы на базы входных транзисторов и на эмиттеры выходных транзисторов, подключенных непосредственно к динамической головке, что значительно снижает нелинейные искажения в усилителе и увеличивает коэффициент усиления всей схемы.An advantage of the claimed invention is the provision of deep, uniform movement of the dynamic head diffuser (loudspeaker), which, in turn, ensures natural sounding, improves its quality through the use of a symmetrical form of signal supply with respect to zero. In addition, the device uses commonly available elements, in particular transistors. Reduces energy consumption. The control (source) audio signal is supplied through the capacitors to the bases of the input transistors and to the emitters of the output transistors connected directly to the dynamic head, which significantly reduces the nonlinear distortion in the amplifier and increases the gain of the entire circuit.
Claims (3)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015110235/08A RU2579302C1 (en) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | Sound power amplifier |
| PCT/RU2016/000074 WO2016153387A1 (en) | 2015-03-23 | 2016-02-15 | Sound power amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015110235/08A RU2579302C1 (en) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | Sound power amplifier |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2579302C1 true RU2579302C1 (en) | 2016-04-10 |
Family
ID=55793416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015110235/08A RU2579302C1 (en) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | Sound power amplifier |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2579302C1 (en) |
| WO (1) | WO2016153387A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2736323C1 (en) * | 2017-04-28 | 2020-11-13 | Бурместер Аудиозюстеме Гмбх | Signal amplifier circuit, voltage converter and system |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB202109604D0 (en) * | 2021-07-02 | 2021-08-18 | Rega Res Limited | Improved sound amplification apparatus |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2092969C1 (en) * | 1991-07-12 | 1997-10-10 | Арендное предприятие "Кремний" | High-power operational amplifier |
| RU2298282C2 (en) * | 2002-10-03 | 2007-04-27 | Игорь Алексеевич Шуков | Push-pull power amplifier |
| RU2310270C1 (en) * | 2005-12-29 | 2007-11-10 | Юрий Владимирович Агрич | Precision cmos amplifier |
| US7397307B2 (en) * | 2004-09-30 | 2008-07-08 | Infineon Technologies Ag | Amplifier arrangement having an adjustable gain, and use thereof |
| RU154308U1 (en) * | 2015-03-23 | 2015-08-20 | Евгений Владимирович Ширяев | SOUND POWER AMPLIFIER |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2115224C1 (en) * | 1993-10-21 | 1998-07-10 | Сергеев Петр Алексеевич | Audio-frequency power amplifier |
-
2015
- 2015-03-23 RU RU2015110235/08A patent/RU2579302C1/en active
-
2016
- 2016-02-15 WO PCT/RU2016/000074 patent/WO2016153387A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2092969C1 (en) * | 1991-07-12 | 1997-10-10 | Арендное предприятие "Кремний" | High-power operational amplifier |
| RU2298282C2 (en) * | 2002-10-03 | 2007-04-27 | Игорь Алексеевич Шуков | Push-pull power amplifier |
| US7397307B2 (en) * | 2004-09-30 | 2008-07-08 | Infineon Technologies Ag | Amplifier arrangement having an adjustable gain, and use thereof |
| RU2310270C1 (en) * | 2005-12-29 | 2007-11-10 | Юрий Владимирович Агрич | Precision cmos amplifier |
| RU154308U1 (en) * | 2015-03-23 | 2015-08-20 | Евгений Владимирович Ширяев | SOUND POWER AMPLIFIER |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2736323C1 (en) * | 2017-04-28 | 2020-11-13 | Бурместер Аудиозюстеме Гмбх | Signal amplifier circuit, voltage converter and system |
| US11387787B2 (en) | 2017-04-28 | 2022-07-12 | Burmester Audiosysteme Gmbh | Signal amplifier circuit, voltage converter and system |
| US11588446B2 (en) | 2017-04-28 | 2023-02-21 | Burmester Audiosysteme Gmbh | Signal amplifier circuit, voltage converter and system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2016153387A1 (en) | 2016-09-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8026765B2 (en) | Audio frequency amplifier | |
| RU154308U1 (en) | SOUND POWER AMPLIFIER | |
| RU2579302C1 (en) | Sound power amplifier | |
| JP2010273195A (en) | Impedance converter for microphone, and microphone | |
| CN108235184B (en) | Bass enhancement circuit and audio playing equipment | |
| US8610498B2 (en) | Methods and apparatus for variable solid state-to-tube rectification in an amplifier | |
| US20060012424A1 (en) | Methods and apparatus for variable harmonic distortion | |
| RU2693287C1 (en) | Low-frequency tube amplifier | |
| JP2008199176A (en) | Method and apparatus for canceling hum noise of audio amplifier | |
| JP3193415U (en) | Audio amplifier | |
| TWI724914B (en) | Vacuum tube amplification system capable of reducing residual noise and its grounding method | |
| US20080267418A1 (en) | Method and apparatus for dynamically adjusting the spectral content of an audio signal | |
| CA3103430C (en) | Vacuum tube amplification system capable of reducing residual noise and a grounding method thereof | |
| JP3230880U (en) | SSVT Hybrid SRPP (Solid State / Vacuum Tube Hybrid SRPP) Amplifier Circuit | |
| CN218829868U (en) | High-efficient tuning power amplifier circuit | |
| KR101665586B1 (en) | Amplifier circuit using vacuum tube | |
| US2924662A (en) | Broadcasting receiver | |
| CN209823992U (en) | Plasma loudspeaker based on PWM | |
| KR20110119173A (en) | Digital audio amplifiers with a negative feedback of speaker current | |
| US1775190A (en) | Listening apparatus for radiotelephony | |
| Dangoje et al. | Design and Construction of 30.25 Watts Audio Power Amplifier | |
| US2224207A (en) | Receiver circuit arrangement | |
| US20070248233A1 (en) | Method and apparatus for dynamically adjusting the spectral content of an audio signal | |
| JP2006211086A (en) | Amplifier | |
| RU2002106534A (en) | Sound amplification path |