Характеристика усилителя низкой частоты (стр. 6 из 7)

Для управления режимами MUTE и STAND-BY практически во всех случаях требуется применение RC-цепочек. Это нужно, прежде всего, для исключения появления шумов от самих управляющих воздействий, а также для соблюдения необходимой скорости нарастания этих сигналов, которая не должна превышать 2,5 В/мс. Цифровые микросхемы управления имеют быстродействие на 5...6 порядков выше. Необходимо также соблюдать рекомендации по выбору сопротивлений этих цепочек. Слишком высокое сопротивление может нарушить работу схемы из-за высокого падения

напряжения на нем. Тогда подача низкого логического уровня на вход цепочки просто не вызовет необходимого изменения напряжения на самом управляющем входе.

Режим MUTE используется также системой термозащиты некоторых усилителей. При превышении некоторой критической температуры, режим включается принудительно, а затем, после остывания усилителя, включается снова. Еще более продвинутые системы, в случае если температура продолжает повышаться, включают режим STAND-BY. Более простые системы делают это сразу, без MUTE.

Некоторые усилители имеют дополнительный режим, который включается при обнаружении короткого замыкания. Одни могут находиться в этом режиме сколь угодно долго, другие — несколько часов.

Давайте посмотрим, как и от чего защищают усилитель светлые головы инженеров Запада. Для транзистора главнейшими параметрами, определяющими его работу в мощных каскадах, являются:

максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер UCE;

максимальный ток коллектора 1С МАХ;

максимальная рассеиваемая мощность Ptot.

Есть и другие параметры, связанные с его безопасной работой, но они не связанны напрямую с его внешним окружением и поэтому будем считать, что предыдущие каскады рассчитаны правильно и с этой стороны транзистору никакая опасность не грозит. Максимальные параметры связаны между собой определенной зависимостью, которая графически выглядит примерно как на рис. 3.

Рис. 3. Зона безопасной работы транзистора (SOA) и диаграмма работы в режиме АВ

Сверху зона безопасной работы транзистора (SOA, SafeOperatingArea) ограничивается максимальным током коллектора, справа — максимальным напряжением коллектор-эмиттер, сбоку — максимальной рассеиваемой мощностью и напряжением вторичного (лавинного) пробоя. Эксплуатация транзисторов при максимальных значениях хотя бы одного из параметров не допускается.

Превышение Ptot означает, прежде всего, что мощность, рассеиваемая на кристалле, не может быть отведена в окружающее пространство и, стало быть, будет употреблена на разогрев кристалла. Превышение кристаллом некоторой критической температуры приведет к необратимому тепловому пробою и выходу прибора из строя. Поэтому системы тепловой защиты УНЧ являются устройствами защиты от превышения максимальной мощности рассеивания. Интегральные УНЧ имеют в этом смысле значительные преимущества перед усилителями на транзисторах, так как имеют возможность непосредственного измерения температуры кристалла и даже конкретной области кристалла. Мало того, вся схема защиты находится на этом же кристалле и не требует никакой дополнительной информации. Сам р-n переход является наилучшим температурным датчиком, а уж в микросхеме этих переходов сколько угодно. Самые примитивные системы защиты просто отключают усилитель. Некоторые производители выводят наружу выход термодатчика, с тем, чтобы внешняя система защиты также могла поучаствовать в работе. Более продвинутые системы осуществляют регулировку выходных каскадов таким образом, что при повышении температуры мощность усилителя понижается, а некоторые могут использовать режимы MUTE и STAND-BY для понижения температуры, так как в этих режимах рассеиваемая на кристалле мощность практически равна нулю. Тепловой защитой оборудованы все современные интегральные УНЧ, так что с этой стороны можно быть спокойным. Далеко не так хорошо обстоят дела с защитой от короткого замыкания.

Трудность заключается в том, что транзистор является быстродействующим прибором и вывести его из строя коротким замыканием в нагрузке можно за микросекунды, особенно когда он находится в режиме больших токов. Кроме того, возможны различные типы замыканий, например замыкание на вывод питания, замыкание на другой выход. Опасность представляет случайное отсоединение общего провода во время работы. Системы защиты должны уметь отличать нештатные ситуации от естественных бросков тока при воспроизведении сигнала с большим динамическим диапазоном или как еще говорят, с большим пик-фактором. Но самая большая сложность заключается в отсутствии влияния систем защиты на выходной сигнал при нормальной работе.

Для повышения надежности защиты микросхемы, некоторые современные усилители при включении производят тестирование выхода. Для этого на выход подается небольшой ток. Если при этом напряжение на выходе значительно меньше нормального, то усилитель остается в этом состоянии до тех пор, пока не будет выключен или пока не будет ликвидирована неисправность, после чего включается. Все это время на диагностическом выводе присутствует сигнал неисправности. Кроме защиты самого усилителя, многие микросхемы осуществляют и защиту динамиков, путем ограничения выходного постоянного тока при неправильном подключении.

Из дополнительных видов защит можно обратить внимание на защиту от переполюсовки, которая часто применяется в автомобильных усилителях в связи любовью пользователей к подключению аккумулятора наоборот. Защитный дио, позволяет длительно пропускать значительный усилителя, в расчете на то, что перегорит плавкая вставка предохранителя.

Микросхемы, содержащие полевые транзисторы, особенно чувствительны к статике. Обращаясь с ними, требуется соблюдать обычные меры предосторожности, применяемые в таких случаях, хотя практически все микросхем имеют защиту. Качество защиты регламентируется в спецификации на устройство в виде максимального заряда, который может выдержать вход.

Интегральные УНЧ изготавливаются исключительно классов АВ, D и Т Правда некоторые из них, как, например TDA7294, имеют отдельные выводы для питания мощных каскадов и могут быть использованы в высокоэффективном режиме, близком к Н, но это реализуется за счет дополнительной внешней схемы.

Ограниченные возможности батарейного питания в переносной и автомобильной технике требуют либо понижать сопротивление динамиков, либо применять другие решения, направленные на повышение выходной мощности усилителей. Таких путей видится два. Первый путь — это повышение напряжения питания с помощью конвертеров. Второй путь проще: включить усилитель по мостовой схеме. Два одинаковых каскада или усилителя включаются в противофазе и работают на общую нагрузку. Громкоговоритель подключается непосредственно к выходам обоих усилителей, без использования разделительных конденсаторов. Выходное напряжение на нагрузке оказывается вдвое больше, так как нагрузка оказывается подключенной в каждую полуволну ко всему напряжению питания, то в одном направлении, то в противоположном. Поэтому при одном и том же напряжении питания и нагрузке выходная мощность мостового усилителя должна быть в 4 раза больше. Реально получается несколько меньше.

Возможность мостового включения предусматривается во многих моделях, но не во всех. Наряду с большей выходной мощностью, мостовым усилителям свойственны и недостатки. В первую очередь — повышенный примерно на 10...20% коэффициент гармоник и меньший коэффициент демпфирования, хотя сравнить не всегда легко, т.к. в справочных данных зачастую измерения проводятся при разных условиях. Кроме того, минимально допустимое сопротивление нагрузки также увеличивается, так как увеличивается ток через нагрузку. При монтаже усилителей надо внимательно следить за соблюдением фразировки динамиков.

Для увеличения мощности применяется также параллельное включение усилителей. Например, усилители, выполненные на ТDА7293, могут работать в параллель на очень низкую нагрузку. Такой вариант включения по терминологии фирмы именуется модульным. При этом один из усилителей является ведущим (MASTER), а все остальные соответственно ведомыми (SLAVE). Входные цепи ведомых усилителей отключены, а остальные цепи соединяются по определенным правилам. При этом все управление берет на себя первый усилитель. Трудно сказать точно, насколько увеличится выходная мощность и насколько можно уменьшить нагрузку, разработчик таких данных не приводит. Понятно, что для работы с той же самый нагрузкой параллельная работа усилителей приведет только к распределению мощности на два усилителя. Общее количество параллельных усилителей разработчик не ограничивает!

Большинство аудиоусилителей включены по неинвертирующей схеме. Это в основном объясняется тем, что при этом включении достигается наибольшее входное сопротивление. Кроме того, коэффициент усиления шума для неинвертирующего включения равен его коэффициенту усиления, а у инвертора он на единицу больше. Однако для систем распределенного усиления самым эффективным является балансное или дифференциальное включение. Это практически не имеет значения для УНЧ домашнего применения или переносной аппаратуры. Но для автомобильных систем, где приходится иметь дело с большим уровнем шума или с дополнительными УНЧ, расположенными на удалении от источника сигнала, это очень важно. Также это важно для активных колонок. Некоторые усилители построены таким образом, что их можно включать в балансном режиме, например усилитель TDA7396. Такой режим позволяет наиболее эффективно использовать коэффициент подавления синфазного сигнала, т.е. избавляться от помех и наводок на входе усилителя.