Audio effektforstærker - Audio power amplifier
.jpg)
En lydforstærker (eller effektforstærker ) er en elektronisk forstærker, der forstærker elektroniske lydsignaler med lav effekt , såsom signalet fra radiomodtageren eller el-guitar pickup til et niveau, der er højt nok til at køre højttalere eller hovedtelefoner . Audioeffektforstærkere findes i alle mulige lydsystemer herunder lyd forstærkning , højttaleranlæg og hjem audio -systemer og musikalske instrumenter forstærkere som guitarforstærkere . Det er det sidste elektroniske trin i en typisk lydafspilningskæde , før signalet sendes til højttalerne.
De foregående trin i en sådan kæde er lydeffektforstærkere med lav effekt, der udfører opgaver som forforstærkning af signalet (dette er især forbundet med pladespillersignaler , mikrofonsignaler og elektriske instrumentsignaler fra pickupper, såsom el-guitar og el-bas) , udligning (f.eks. justering af bas og diskant), tonekontrol , blanding af forskellige indgangssignaler eller tilføjelse af elektroniske effekter såsom rumklang . Indgangene kan også være et hvilket som helst antal lydkilder som pladespillere , CD-afspillere , digitale lydafspillere og kassetteafspillere . De fleste lydeffektforstærkere kræver disse input på lavt niveau, som er linjeniveau .
Mens indgangssignalet til en lydeffektforstærker, såsom signalet fra en elektrisk guitar, kun måler et par hundrede mikrowatt , kan dets output være et par watt til små forbrugerelektronikapparater, såsom urradioer , tiere eller hundreder af watt til et stereoanlæg i hjemmet , flere tusinde watt til en natklubs lydsystem eller titusinder af watt til et stort lydforstærkningssystem til rockkoncert . Mens effektforstærkere fås i enkeltstående enheder, typisk rettet mod hi-fi audiophile marked (et nichemarked) af audio entusiaster og lyd forstærkning systemer fagfolk, de fleste forbrugerelektronik audio produkter, såsom clockradio , boomboxes og tv har relativt lille effekt forstærkere, der er integreret i produktet.
Historie
Audioforstærkeren blev opfundet omkring 1912 af Lee de Forest , muliggjort af hans opfindelse af den første praktiske forstærkende elektriske komponent, triode- vakuumrøret (eller "ventil" på engelsk) i 1907. Trioden var en tre-terminal enhed med en kontrolgitter, der kan modulere strømmen af elektroner fra glødetråden til pladen. Triode- vakuumforstærkeren blev brugt til at fremstille den første AM-radio . Tidlige lydeffektforstærkere var baseret på vakuumrør, og nogle af disse opnåede særlig høj lydkvalitet (f.eks. Williamson-forstærkeren fra 1947–9).
Lydeffektforstærkere baseret på transistorer blev praktiske med den brede tilgængelighed af billige transistorer i slutningen af 1960'erne. Siden 1970'erne er de fleste moderne lydforstærkere baseret på solid-state transistorer, især den bipolære junction transistor (BJT) og metal-oxid-halvleder felt-effekt transistor (MOSFET). Transistorbaserede forstærkere er lettere i vægt, mere pålidelige og kræver mindre vedligeholdelse end rørforstærkere .
Den MOSFET , opfundet af Mohamed Atalla og Dawon Kahng på Bell Labs i 1959, blev tilpasset til en magt MOSFET til lyd af Jun-ichi Nishizawa på Tohoku Universitet i 1974. Power MOSFETs blev snart produceret af Yamaha for deres hi-fi audio forstærkere. JVC , Pioneer Corporation , Sony og Toshiba begyndte også at fremstille forstærkere med power MOSFET'er i 1974. I 1977 introducerede Hitachi LDMOS (lateral diffused MOS), en type power MOSFET. Hitachi var den eneste LDMOS-producent mellem 1977 og 1983, i hvilken periode LDMOS blev brugt i lydforstærkere fra producenter som HH Electronics (V-serien) og Ashly Audio , og blev brugt til musik og offentlige talesystemer . Klasse-D forstærkere blev succesrige i midten af 1980'erne, da billige MOSFET'er med hurtig skift blev stillet til rådighed. Mange transistor ampere bruger MOSFET komponenter i deres power sektioner, fordi deres forvrængning kurve er mere rørlignende .
I 2010'erne er der stadig lydentusiaster, musikere (især elektriske guitarister , elektriske bassister , Hammond-orgelspillere og Fender Rhodes elektriske klaverspillere , blandt andre), lydteknikere og musikproducenter, der foretrækker rørbaserede forstærkere, og hvad der opfattes som en "varmere" rørlyd .
Designparametre
De vigtigste designparametre for lydforstærkere er frekvensrespons , forstærkning , støj og forvrængning . Disse er indbyrdes afhængige; stigende gevinst fører ofte til uønskede stigninger i støj og forvrængning. Mens negativ feedback faktisk reducerer gevinsten, reducerer den også forvrængning. De fleste lydforstærkere er lineære forstærkere, der fungerer i klasse AB .
Indtil 1970'erne brugte de fleste forstærkere vakuumrør . I løbet af 1970'erne blev rørforstærkere i stigende grad udskiftet med transistorbaserede forstærkere, som var lettere i vægt, mere pålidelig og lavere vedligeholdelse. Ikke desto mindre sælges rørforforstærkere stadig på nichemarkeder , f.eks. Med hi-fi- entusiaster i hjemmet , lydteknikere og musikproducenter (som bruger rørforforstærkere i studieoptagelser til at "varme op" mikrofonsignaler) og elektriske guitarister, elektriske bassister og Hammond-orgel spillere, hvoraf et mindretal fortsætte med at bruge rør preamps, rør forstærkere og rør effektenheder . Mens hi-fi-entusiaster og lydteknikere, der laver live-lyd eller overvåger spor i studiet, typisk søger forstærkere med den laveste forvrængning, bruger elektriske instrumentafspillere i genrer som blues , rockmusik og heavy metal-musik blandt andet rørforstærkere, fordi de som den naturlige overdrive, som rørforstærkere producerer, når de skubbes hårdt.
Den klasse D-forstærker , som er meget mere effektiv end klasse AB forstærkere, er nu almindeligt anvendt i forbrugerelektronik audio produkter, bas forstærkere og lydforstærkersystem gear, som klasse D forstærkere er meget lettere i vægt og producere langt mindre varme.
Filtre og forforstærkere
Da moderne digitale enheder, inklusive cd- og dvd-afspillere, radiomodtagere og bånddæk allerede giver et "fladt" signal på linjeniveau, er forforstærkeren ikke nødvendig, bortset fra som lydstyrkekontrol og kildevælger. Et alternativ til en separat forforstærker er simpelthen at bruge passive lydstyrke- og skiftkontroller, undertiden integreret i en effektforstærker for at danne en integreret forstærker .
Power output faser
Den sidste fase af forstærkning, efter forforstærkere, er udgangstrinnet, hvor de højeste krav stilles til transistorer eller rør. Af denne grund er designvalgene foretaget omkring outputenheden (for single-ended output-faser, såsom i single-ended triode forstærkere) eller enheder (for push-pull output-faser), såsom operationsklassen for output-enhederne tages ofte som beskrivelsen af hele effektforstærkeren. For eksempel vil en klasse B-forstærker sandsynligvis kun have de høje effektudgangsenheder, der fungerer afskåret i halvdelen af hver cyklus, mens de andre enheder (såsom differentialforstærker, spændingsforstærker og muligvis endda drivertransistorer) fungerer i klasse A. I en transformerfri udgangstrin , er enhederne i det væsentlige i serie med strømforsyningen og outputbelastningen (såsom en højttaler), muligvis via nogle store kondensatorer og / eller små modstande.
Yderligere udvikling
I nogle år efter introduktionen af solid state forstærkere havde deres opfattede lyd ikke den fremragende lydkvalitet som de bedste ventilforstærkere (se ventillydforstærker ). Dette fik audiofiler til at tro, at "rørlyd" eller ventillyd havde en iboende kvalitet på grund af selve vakuumrørteknologien. I 1970 offentliggjorde Matti Otala et papir om oprindelsen af en tidligere ikke-observeret form for forvrængning: forbigående intermodulationsforvrængning (TIM), senere også kaldet slew-induced distortion (SID) af andre. TIM-forvrængning viste sig at forekomme under meget hurtige stigninger i forstærkerens udgangsspænding.
TIM dukkede ikke op ved steady state sinustonemålinger, hvilket hjalp med at skjule det for designteknikere før 1970. Problemer med TIM-forvrængning stammer fra reduceret open-loop frekvensrespons fra solid state forstærkere. Yderligere værker af Otala og andre forfattere fandt løsningen på TIM-forvrængning, herunder øget svinghastighed , faldende forforstærkerfrekvensbåndbredde og indsættelse af et forsinkelseskompensationskredsløb i forstærkerens indgangstrin. I moderne forstærkere af høj kvalitet er responsen med åben sløjfe mindst 20 kHz, hvilket annullerer TIM-forvrængning.
Det næste trin i avanceret design var Baxandall-sætningen, oprettet af Peter Baxandall i England. Denne sætning introducerede konceptet med at sammenligne forholdet mellem inputforvrængning og outputforvrængning af en forstærker. Denne nye idé hjalp lyddesigningeniører til bedre at evaluere forvrængningsprocesserne i en forstærker.
Ansøgninger
Vigtige applikationer omfatter højttaleranlæg systemer, teater og koncert lyd forstærkning systemer , og indenlandske systemer såsom et stereoanlæg eller hjemmebiograf-system . Instrumentforstærkere inklusive guitarforstærkere og elektriske keyboardforstærkere bruger også lydforstærkere. I nogle tilfælde er effektforstærkeren til en instrumentforstærker integreret i et enkelt forstærker "hoved", der indeholder en forforstærker, tonekontrol og elektroniske effekter. Disse komponenter kan monteres i et træhøjttalerkabinet for at skabe en "kombinationsforstærker". Musikere med unikke præstationsbehov og / eller behov for meget kraftig forstærkning kan oprette en brugerdefineret opsætning med separate rackmonterede forforstærkere, equalizere og en effektforstærker monteret i en 19 " road case .
Effektforstærkere fås i enkeltstående enheder, der bruges af hi-fi -lydentusiaster og designere af offentlige talesystemer (PA-systemer) og lydforstærkningssystemer . En hi-fi bruger af effektforstærkere kan have en stereo effektforstærker til at køre venstre og højre højttalere og en enkeltkanal (mono) effektforstærker til at drive en subwoofer . Antallet af effektforstærkere, der bruges i en lydforstærkningsindstilling, afhænger af lokalets størrelse. Et lille café kan have en enkelt forstærker, der kører to PA-højttalere. En natklub kan have flere forstærkere til hovedhøjttalerne, en eller flere forstærkere til skærmhøjttalerne (peger mod båndet) og en ekstra forstærker til subwooferen. En stadionskoncert kan have et stort antal forstærkere monteret i stativer. De fleste forbrugerelektroniklydprodukter , såsom tv'er , bomkasser , hjemmebiograflydsystemer , Casio og Yamaha elektroniske tastaturer , "combo" guitarforstærkere og bilstereoanlæg har effektforstærkere integreret inde i hovedproduktets chassis.
Se også
- FET forstærker
- Instrumentforstærker (forstærkere til musikinstrumenter)
- Push-pull output
- Triode med en ende
- Tonekontrolkredsløb