Автоматическая регулировка усиления — Automatic gain control

Автоматическая регулировка усиления — Automatic gain control

Автоматическая регулировка усиления (AGC), является замкнутым Обратная связь цепь регулирования в усилитель мощности или цепочка усилителей, цель которых — поддерживать подходящую амплитуду сигнала на его выходе, несмотря на изменение амплитуды сигнала на входе. Средний или пиковый уровень выходного сигнала используется для динамической регулировки прирост усилителей, что позволяет схеме удовлетворительно работать с большим диапазоном уровней входного сигнала. Он используется в большинстве радиоприемники для выравнивания средней громкости (громкость) разных радиостанций из-за различий в принимаемых сила сигнала, а также вариации радиосигнала отдельной станции из-за угасание. Без AGC звук, издаваемый ЯВЛЯЮСЬ радио приемник будет сильно отличаться от слабого до сильного сигнала; АРУ эффективно снижает громкость, если сигнал сильный, и увеличивает ее, когда он слабее. В типичном приемнике сигнал управления обратной связью АРУ обычно берется с детектор и применяется для управления усилением каскадов усилителя ПЧ или ВЧ.

Автоматическая регулировка усиления для усилителя мощности

Просторы интернета изобилуют вариантами модернизации усилителей для улучшения их звучания. Как только их не прокачивают!

На форумах по этому поводу разгораются целые баталии, новички одолевают бывалых аудиофилов вопросами, те парируют в ответ. От количества предлагаемых вариантов просто разбегаются глаза. Давайте же разберемся, что действительно может повлиять на качество звука, а что ближе к области фантастики.

Миф 1. Аудиофильские предохранители

Никто не знает, откуда это пошло, но уже давно по интернету ходят слухи что изобрели «волшебную пилюлю». Не хватало высоких, нечеткие средние, а басы так и вовсе не слышны? Вставил фирменные керамические предохранители и вуаля!

Почему в этом нет и не может быть никакого смысла?

Для качественного звучания в первую очередь важен источник питания, сглаживающий фильтр – электролиты, плюс четко стабилизированное питание предварительного каскада и цепей токового зеркала усилителя, а также сама схемотехника. На все эти критерии предохранители с позолоченными контактами и полатуненными корпусами никак не влияют.

Миф 2. Увеличение мощности усилителя заменой выходных транзисторов

Увеличение мощности усилителя всегда начинается с поднятия напряжение питания транзисторов, что влечт за собой увеличение мощности блока питания. сама по себе замена транзисторов на мощность не влияет никак. О том, как правильно увеличить мощность усилителя, мы поговорим ниже.

Также нужно помнить о том, что любой транзистор имеет такой параметр, как коэффициент усиления и после замены транзисторов на «мега»-мощные у предварительного усилителя может просто не хватить амплитуды. Что в целом, как ни странно, приведет к обратному результату – уменьшению мощности.

Миф 3. Замена силовых проводов на более толстые

На заре своего увлечения многие аудиолюбители терпят искушение открыть свой усилитель, выбросить оттуда все жиденькие проводки в цепи питания и заменить их «нормальными», потолще. Ведь явно на заводе сэкономили, сколько мощности пропадает! Еще встречается вариант – заменить провода – выходы на колонки.

Это бессмысленная затея, поскольку сечение провода будет оказывать влияние лишь в том случае, когда проводимый ток будет превышать допустимый ток данного проводника. Соответственно провода в 4 квадрата и выше в усилителе до 300 Вт своей роли не сыграют.

В лучшем случае после такой модернизации усилитель звучит как раньше, а в худшем попадает к нам на ремонт – запутаться в толстом разноцветном пучке не сложно.

Миф 4. Модернизация советского усилителя до уровня японского Hi-Fi

Бывает, в попытке извлечь достойное звучание из старенького советского усилителя, в нем меняют все: транзисторы, конденсаторы, и даже резисторы ставят дорогие, фирменные. Однако раскрыть потенциал все-таки не удается, а причина этому одна – советская схемотехника.

До тех пор, пока одну плату с другой соединяют жгуты проводов, что для отечественных усилителей типичная картина, в усилителе никогда не будет качественного звука. Бесспорно, многие советские усилители звучат неплохо, а некоторые, например Барк, очень достойно. Но если вам хочется услышать из Амфитона или Одиссея Hi-Fi звук, наш вам совет – не тратьте деньги, ищите новый усилитель.

Итак, с самыми распространенными мифами мы разобрались. Теперь давайте перейдем к способам реально улучшить звучание вашего усилителя.

Способ 1. Токи покоя и симметрии

Адекватные параметры тока покоя и симметрии – неотъемлемая составляющая качественного звука. Благодаря правильно выставленному току симметрии каждый транзистор проводит свою полуволну в целости и сохранности, не срезая ее пиков и не «деформируя» осциллограмму.

Адекватные параметры тока покоя отвечают за то, чтобы в момент прохода импульса транзисторы были достаточно открыты. Чрезмерное открытие приводит к перегреву транзистора и никакого улучшения звучания не даст.

Способ 2. Замена фильтров темброблока

С помощью замены фильтров можно успешно подстроить под себя частотные характеристики.

Правда, у этого метода есть ограничение – частота изменится в том пределе, в котором характеристики усилителя мощности позволяют ее разделить. Этот порог зависит от схемотехники и для разных усилителей будет отличаться.

Способ 3. Замена электролитов

alt=»Замена электролитов в усилителе» width=»189″ height=»204″ />У электролитов есть срок службы, по истечении которого они теряют заявленную емкость. Высохшие электролиты всегда приводят к измененным характеристикам блока усилителя. Кроме того есть смысл сменить электролитические конденсаторы малой емкости на пленочные для улучшения качеств звучания.

Пленочный конденсатор, в отличие от электролитического, полноценно пропускает сигнал – переменное напряжение. В то время как электролитический конденсатор, имеющий плюс и минус, идеален для работы с постоянным напряжением. Основные достоинства пленочных конденсаторов: высокие эффективные значения тока – до 1 A/мкФ; способность выдерживать выбросы напряжения, превышающего номинальное значение в два раза, а также выдерживать обратное напряжение и большие пиковые токи. Кроме того, в пленочных конденсаторах нет электролита (кислоты), у них большой ресурс работы.

Способ 4. Комплексное увеличение мощности усилителя

И напоследок рассмотрим комплексное повышение мощности усилителя. Как же правильно это сделать?

Вот краткий поэтапный план:

1 этап – повышение питания выходного каскада усилителя,

2 этап – замена транзисторов,

3 этап – увеличение емкостей электролитов,

4этап – усиление выходного каскада по току.

Следуя этому плану, вы «прокачаете» свой усилитель, улучшив качество звучания и продлив срок его службы.

В этой статье мы постарались развеять самые вредоносные мифы для того, чтобы реконструкция вашего усилителя прошла успешно. Если вы модернизируете свой усилитель самостоятельно и у вас остались вопросы – задайте их нам в комментариях.

При идеальной цепи АРУ напряжение на выходе тракта не должно изменяться при уровнях входного сигнала, превышающих U_{вх min}, соответствующих номинальной чувствительности приемника. В реальном тракте изменения будут, но гораздо меньше, чем на входе. Введем обозначения для изменений входного и выходного сигналов

Если напряжение на входе изменяется в десятки или в сотни тысяч раз, то на выходе допускается изменение только в несколько раз, а иногда на несколько процентов. Эффективность АРУ оценивается коэффициентом регулирования γ, равным отношению максимального коэффициента усиления тракта к минимальному γ = К_max / К_min. Так как в тракте с АРУ К_max = U_{вых min} / U_{вх min} и

Например, если сигнал на входе приемника изменяется в А = 10 5 раз, а на выходе УПЧ допустимо изменение напряжения в В = 2 раза, то коэффициент усиления по напряжению в цепи АРУ должен изменяться в γ = 5•10 4 раз, то есть существенно.

Наибольшее распространение получили следующие способы регулирования усиления:

1. Изменением крутизны прямой передачи активных элементов тракта приемника через изменение режима по постоянному току (режимная или активная АРУ).

2. Изменением величины межкаскадной связи при помощи регулируемых делителей (аттенюаторная или потенциометрическая АРУ).

3. Изменением шунтирования нагрузки усилителей.

4. Изменением величины отрицательной обратной связи (ООС) усилителей.

В практических схемах возможно комбинированное использование указанных методов регулирования.

В зависимости от способа подачи регулирующего напряжения АРУ подразделяются на обратные, прямые и комбинированные.

Структурная схема тракта приема с обратной АРУ приведена на рисунке 6.3. В этой схеме регулирующее напряжение U_рег формируется детектором Д_АРУ на выходе усилительного тракта и после фильтрации оно воздействует на регулируемые цепи, изменяя усиление обратно пропорционально уровню входного сигнала. Для сглаживания пульсаций U_рег, обусловленных полезной модуляцией сигнала или воздействием помех, постоянная времени фильтра в цепи АРУ R_ФС_Ф должна быть соизмерима со средним временем замираний сигнала и больше периода низкочастотных изменений сообщения. На схеме показаны также развязывающие цепочки RС, постоянные времени которых в 10 раз меньше постоянной времени R_ФС_Ф.

ВЦ УРЧ СМ УПЧ Д

Обратная АРУ не может быть идеальной, так как в ней принципиально необходимо приращение выходного напряжения ∆U_ВЫХ. Оно создает регулирующее напряжение U_РЕГ для изменения коэффициента усиления К. Если допустить, что АРУ идеальна, то ∆U_ВЫХ = 0, при этом U_РЕГ = const и К = const, регулирование отсутствует, а следовательно, U_ВЫХ должно возрастать пропорционально U_ВХ.

В схеме прямой АРУ (рисунок 6.4) регулирующее напряжение вырабатывается в результате усиления и выпрямления входного напряжения и действует в том же прямом направлении, в котором проходит принимаемый сигнал в регулируемом усилителе. При увеличении U_ВХ напряжение на выходе детектора АРУ возрастает, увеличивается U_РЕГ, что вызывает уменьшение коэффициента усиления регулируемого усилителя К. На выходе напряжение U_ВЫХ = КU_ВХ должно оставаться постоянным.

Рисунок 6.4

В отличие от обратной АРУ здесь теоретически возможно получить идеальную характеристику регулировки (рисунок 6.2). Практически реализовать эту возможность не удается. Условие постоянства выходного напряжения состоит в строго определенном изменении коэффициента усиления при изменении напряжения на входе. Это невозможно, если учесть, что напряжение на входе, может изменяться в тысячи раз, а на цепи АРУ воздействуют различные дестабилизирующие факторы. Кроме того перед детектором АРУ должен быть усилитель У с большим динамическим диапазоном и коэффициентом усиления, соизмеримым с коэффициентом усиления регулируемого усилителя РУ. Реализовать усилитель с хорошей линейностью в большом диапазоне

Усилители класса AB

Точка покоя выбирается чуть дальше от нуля, это позволяет достичь некоторого баланса между качеством звука и нагревом. Прочие классы (G или H) так или иначе развивают эту идею. Из-за относительно простой схемотехники, не особо требовательной к качеству компонентов, встречается повсеместно — от недорогих портативных устройств, до концертных усилителей и аудиофильских штучек.

Любимый трюк производителей — завысить точку смещения, чтобы для замера искажений на паспорт усилитель работал в режиме A, а замер мощности, произвести уже в режиме AB. Как результат — красивые цифры и плохой звук.

Самые мощные и надежные усилители

Разберем несколько моделей телеусилителей, заслуживших признание со стороны пользователей.

На 1-2 телевизора – Gal AMP-102

Широкополосный усилитель, позволяет работать как с метровым, так и с дециметровым диапазонами, что пригодится жителям тех районов, где вещают местные аналоговые каналы. Отличается небольшим весом (всего около 200 г) и размерами (напоминает длинный и прямоугольный брусок, включаемый между антенным кабелем и гнездом ТВ-приемника). Для работы использует внешнее питание – подключается к электросети через адаптер.

• широкий диапазон частот – от 40 до 868 МГц без разрывов;
• регулировка усиления от 0 до 25 дБ;
• неплохо себя показывает при работе как с антенной, так и с кабельным телевещанием, поэтому можно пользоваться им как в городе, так и на даче.

• блок питания сильно греется при работе.

На 2 телевизора – ALCAD AL-200

Этот эфирный усилитель одновременно работает и как сплиттер на два выхода. Относится к категории многодиапазонных: работает с МВ- и ДМВ, причем регулировка каскадов раздельная. Это позволяет устранять неравномерность частотно-амплитудных характеристик, присущих всеволновым антеннам.

Модель удобна при использовании в многокомнатной квартире или большом доме, где нужно развести кабель от антенны по разным точкам для просмотра телепередач на двух телевизорах. Коэффициент усиления в 24 дБ позволяет при этом не бояться потерь при передаче сигнала даже в самую дальнюю комнату.

• Устойчивость работы. Предназначен для круглосуточной эксплуатации. Примерно за 15 минут после включения он выходит на рабочий режим, тогда уже сильнее не нагревается.
• Мощность. Пользователи из Подмосковья отмечают, что даже в 80–100 км от Останкинской телебашни с его помощью при точной настройке ДМВ-антенны ловятся все мультиплексы, включая третий;
• Цена. По соотношению «цена-качество» конкурентов не имеет. За сравнительно небольшие деньги пользователь получает мощный полупрофессиональный прибор.

• Работает только с антенной. При попытке использовать для усиления кабельного телесигнала результаты могут оказаться некорректными.
• Неравномерное усиление частот. AL-200 работает в диапазоне 40-317 и 460-863 МГц. Если вещание попадает на промежуток между этими значениями, никакого толка от прибора не будет. Как раз поэтому он часто не подходит для кабельного ТВ.

На 3 телевизора – JMA 8620ED3

Широкополосный усилитель и сплиттер в одном флаконе, только уже на 3 антенных выхода. Имеет металлический корпус, что защищает его от механических повреждений. Рабочий диапазон полностью перекрывает и цифровое, и аналоговое вещание. Коэффициент усиления – до 20 дБ.

Существенных особенностей нет — это универсальный усилитель по средней цене. С поставленными задачами справляется без нареканий.

На 4 телевизора – ALCAD AL-400

Для подключения сразу четырех телеприемников рекомендуем выбрать AL-400. Это двухдиапазонный усилитель, работающий с частотами 40–318 МГц и 470–862 МГц. Максимальный коэффициент усиления у этой модели – до 28 дБ.

• Надежная и устойчивая работа. Отдельные пользователи отмечали, что по два-три года пользуются усилителем, не отключая его от сети, при этом же он не перегревается и не нуждается в перенастройке.
• Бесшумное усиление. После выхода из прибора сигнал передается на расстояние до 40 м без серьезного затухания, если использовать качественный кабель.

• Низкая входная чувствительность. Подключать надо на расстоянии не более 3–4 м от антенны.

2. Работа схемы усилителя.

При подаче напряжения питания в схему, на базу транзистора через резистор Rб поступает небольшое отрицательное напряжение 0,1 — 0,2В, называемое напряжением смещения. Это напряжение приоткрывает транзистор, и через эмиттерный и коллекторный переходы начинает течь незначительный ток, который как бы переводит усилитель в дежурный режим, из которого он мгновенно выйдет, как только на входе появится входной сигнал.

Без начального напряжения смещения эмиттерный p-n переход будет закрыт и, подобно диоду, «срезать» положительные полупериоды входного напряжения, отчего усиленный сигнал будет искаженным.

Если на вход усилителя подключить еще один телефон BF1 и использовать его как микрофон, то телефон будет преобразовывать звуковые колебания в переменное напряжение звуковой частоты, которое через конденсатор Ссв будет поступать на базу транзистора.

Здесь, конденсатор Ссв выполняет функцию связующего элемента между телефоном BF1 и базой транзистора. Он прекрасно пропускает напряжение звуковой частоты, но преграждает путь постоянному току из базовой цепи к телефону BF1. А так как телефон имеет свое внутреннее сопротивление (около 1600 Ом), то без этого конденсатора база транзистора через внутреннее сопротивление телефона была бы соединена с эмиттером по постоянному току. И естественно, ни о каком усилении сигнала речи и быть не могло.

Теперь, если начать говорить в телефон BF1, то в цепи эмиттер-база возникнут колебания электрического тока телефона Iтлф, которые и будут управлять большим током в коллекторной цепи транзистора. И уже этот усиленный сигнал, преобразованный телефоном BF2 в звук, мы и будем слышать.

Сам процесс усиления сигнала можно описать следующим образом.
При отсутствии напряжения входного сигнала Uвх, в цепях базы и коллектора текут небольшие токи (прямые участки графиков а, б, в), определяемые напряжением источника питания, напряжением смещения на базе и усилительными свойствами транзистора.

Как только в цепи базы появляется входной сигнал (правая часть графика а), то соответственно ему начинают изменяться и токи в цепях транзистора (правая часть графиков б, в).

Во время отрицательных полупериодов, когда отрицательное входное Uвх и напряжение источника питания GB суммируются на базе — токи цепей увеличиваются.

Во время же положительных полупериодов, кода напряжение входного сигнала Uвх и источника питания GB положительны, отрицательное напряжение на базе уменьшается и, соответственно, токи в обеих цепях также уменьшаются. Вот таким образом и происходит усиление по напряжению и току.

Если же нагрузкой транзистора будет не телефон а резистор, то создающееся на нем напряжение переменной составляющей усиленного сигнала можно будет подать во входную цепь второго транзистора для дополнительного усиления.

Один транзистор может усилить сигнал в 30 – 50 раз.

На рисунке ниже показана зависимость тока коллектора от тока базы.

Например. Между точками А и Б ток базы увеличился от 50 до 100 мкА (микроампер), то есть составил 50 мкА, или 0,05 mA. Ток коллектора между этими точками возрос от 3 до 5,5 mA, то есть вырос на 2,5 mA. Отсюда следует, что усиление по току составляет: 2,5 / 0,05 = 50 раз.

Точно также работают транзисторы структуры n-p-n. Но для них полярность включения источника питания, питающей цепи базы и коллектора меняется на противоположную. То есть на базу и коллектор подается положительное, а на эмиттер отрицательное напряжения.

Запомните: для работы транзистора в режиме усиления на его базу, относительно эмиттера, вместе с напряжением входного сигнала обязательно подается постоянное напряжение смещения, открывающее транзистор.

Для германиевых транзисторов отпирающее напряжение составляет не более 0,2 вольта, а для кремниевых не более 0,7 вольта.

Напряжение смещения на базу не подают лишь в том случае, когда эмиттерный переход транзистора используют для детектирования радиочастотного модулированного сигнала.

Как выбрать трансляционный усилитель

Самый востребованный вид оборудования – моноблочные микшеры-усилители. Чтобы подобрать такое оборудование, нужно оценить ключевые параметры:

Мощность. Чтобы определить оптимальную мощность, нужно подсчитать количество громкоговорителей, которые будут подключены к устройствам, а затем суммировать их мощность. Полученная цифра и будет минимальным подходящим значением.

• Наличие встроенного селектора зон трансляции. Он необходим, если вы хотите разместить динамики в разных зонах: например, в торговом зале и перед входом. Или в торговом зале, на складах, в зоне доставки. Селектор зон трансляции позволит отключить рекламные сообщения в рабочих помещениях, но проигрывать их в торговых зонах. Также этот элемент позволит передавать сообщения только в одну или несколько акустических зон.

• Тип питания. Если акустическая система входит в состав пожарной сигнализации, необходимо позаботиться о резервном питании усилителя. Для этого, кроме традиционного питания в 220 АС, многие модели предусматривают вход 24В – специально для экстренных ситуаций.

• Применение микрофонных консолей. Заранее рассчитайте, сколько микрофонов вы хотите включить в систему. Например, микрофоны могут быть только у охранника и руководителя, или ими также будут располагать ответственные сотрудники. Хорошая модель будет предусматривать передачу сообщений с каждого микрофона в отдельные трансляционные зоны.

Есть и другие важные параметры, которые заслуживают внимания при покупке трансляционного усилителя. Это наличие входа для АТС, встроенные генераторы тревожных сигналов, приоритетные входы. Если озвучивание территории требует использования нескольких усилителей, к выбору оборудования следует привлечь инженеров, поскольку потребуется расчет оптимальных параметров.