УДК 004.4
ББК 32.844я75
C29
C29
Селф, Дуглас.
Схемотехника современных усилителей / Д. Селф ; пер. с англ. В. А. Гордеева.
— 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 530 с. — Москва : ДМК Пресс, 2023. — Систем.
требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст :
электронный.
ISBN 978-5-89818-388-2
Искусство проектирования аудиоусилителей издавна привлекает внимание и радиолюбителей,
и профессионалов. Может показаться, что работа, которую при этом требуется выполнить,
довольно проста, но для создания надежного высококачественного усилителя разработчик
должен привлечь весь багаж своих знаний в области электроники. К сожалению,
информация по вопросам проектирования усилителей мощности звуковых частот разрозненна
и зачастую труднодоступна. Данная книга поможет читателю восполнить этот недостаток.
В ней рассматриваются вопросы минимизации искажений и повышения линейности
усиления, затрагиваются проблемы, связанные с проектированием усилителей, такие как
надежность, обеспечение стабильным питанием, защита от перегрузок и т.п. Приведен уникальный
материал по режимам работы на реактивную нагрузку, необычным способам компенсации
искажений и др. Обсуждаемые вопросы снабжены подробными ссылками на справочные
издания, призванные помочь читателю в дальнейшем исследовании в этой области.
Издание предназначено разработчикам аудиоаппаратуры, квалифицированным радиолюбителям,
а также может быть полезно студентам старших курсов радиотехнических специальностей
и всем читателям, интересующимся современной аудиоэлектроникой.
УДК 004.4
ББК 32.844я75
Электронное издание на основе печатного издания: Схемотехника современных усилителей / Д. Селф ;
пер. с англ. В. А. Гордеева. — Москва : ДМК Пресс, 2015. — 528 с. — ISBN 978-5-97060-277-5. — Текст :
непосредственный.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и
какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических ошибок
все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность приводимых сведений.
В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских
прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.
ISBN 978-5-89818-388-2
© Copyright © Douglas Self
© Перевод на русский язык, оформление,
издание, ДМК Пресс
Стр.3
Содержание
Предисловие
Глава 1. Общие сведения о УМЗЧ
1.1. Экономическая важность УМЗЧ
1.2. Обращение к читателю
1.3. Цели и источники
1.4. Исследования в области проектирования УМЗЧ
1.5. Распространенные заблуждения
1.6. Показатели качества аудиоусилителей
1.7. Используемые сокращения
1.8. Список использованных источников
Глава 2. История, архитектура и отрицательная
обратная связь
2.1. Краткая историческая справка
2.2. Архитектура усилителей
2.3. Классы усиления
2.4. Варианты класса B
2.5. Усилители переменного сигнала и усилители постоянного тока
2.6. Отрицательная обратная связь в УМЗЧ
2.7. Несколько распространенных заблуждений по поводу ООС
2.8. ООС и стабильность усилителя
2.9. Максимизация глубины ООС
2.10. Максимизация линейности усилителя при разомкнутой ООС
2.11. Список использованных источников
Глава 3. Общие сведения об усилителях мощности
3.1. Как работает усилитель
3.2. Преимущества типовой схемы
3.3. Восемь типов искажений
3.4. КНИ типового УМЗЧ
10
12
12
12
13
14
16
32
37
38
40
40
41
43
48
51
54
56
60
68
70
70
72
72
75
75
80
Стр.4
4 СОДЕРЖАНИЕ
3.5. Линейность УМЗЧ с незамкнутым контуром ОС
3.6. Непосредственное измерение коэффициента усиления
при разомкнутой ОС
3.7. Моделирование УМЗЧ
3.8. Концепция «безупречного усилителя»
3.9. Список использованных источников
Глава 4. Малосигнальные каскады предварительного
усиления
4.1. Роль входного каскада УМЗЧ
4.2. Искажения сигнала в первом каскаде УМЗЧ
4.3. Биполярные или полевые транзисторы во входном каскаде
4.4. Сравнение однотранзисторного входного каскада
с дифференциальным
4.5. Искажения сигнала во входном каскаде
4.6. Балансировка входного каскада
4.7. Токовое зеркало
4.8. Улучшение линейности входного каскада
4.9. Радикальные методы улучшения линейности входного каскада
4.10. Каскод во входном дифференциальном каскаде УМЗЧ
4.11. Снижение уровня шумов входного каскада
4.12. Постоянная составляющая выходного сигнала
дифференциального усилителя
4.13. Максимальная скорость изменения выходного сигнала
4.14. Каскад усилителя напряжения
4.15. Искажения в каскаде усилителя напряжения
4.16. Схема усилителя напряжения
4.17. Искажения в каскаде усилителя напряжения
4.18. Линеаризация усилителя напряжения: активная нагрузка
4.19. Линеаризация усилителя напряжения
4.20. Буферирование
4.21. Сбалансированный усилитель напряжения
4.22. Ширина полосы пропускания при разомкнутой ООС
4.25. Список использованных источников
Глава 5. Оконечный каскад I
5.1. Классы усиления
5.2. Искажения в выходном сигнале оконечного каскада
5.3. Спектр искажения «ступенька»
5.4. Схемотехника оконечных каскадов УМЗЧ
5.5. Нелинейные искажения в оконечном каскаде
5.6. Заключение
5.7. Список использованных источников
80
80
83
84
85
86
86
88
89
90
91
93
95
97
99
101
103
105
107
109
109
110
112
113
114
116
118
119
4.23. Управление шириной полосы пропускания при разомкнутой ООС 122
4.24. Заключение
122
123
125
125
128
128
130
141
183
184
Стр.5
СОДЕРЖАНИЕ 5
Глава 6. Выходной каскад II
6.1. Искажения номер 4: искажения, вызванные нагрузкой каскада
усилителя напряжения
6.2. Искажения номер 5: искажения развязывающих (элементов)
шин (питания)
6.3. Искажения номер 6: наведенные искажения
6.4. Искажения номер 7: искажения, связанные с точкой подключения
обратной отрицательной обратной связи
6.5. Искажения номер 8: емкостные искажения
6.6. Пример конструкции: усилитель мощностью 50 Вт Класса В
6.7. Список использованных источников
Глава 7. Коррекция, скорость нарастания выходного
напряжения и устойчивость
7.1. Частотная коррекция. Общие положения
7.2. Коррекция доминантного полюса
7.3. Коррекция на отставание по фазе
7.4.Влияние выходного каскада: инклюзивная коррекция Миллера
7.5. Вложенные петли обратной связи
7.6. Двухполюсная коррекция
7.7. Выходные цепи
7.8. Перекрестные помехи в выходном дросселе усилителя
7.9. Реактивная по характеру нагрузка и моделирование (нагрузки)
громкоговорителя
7.10. Нагрузки громкоговорителей и выходные каскады
7.11. Увеличенные токи громкоговорителя
7.12. Неустойчивость усилителя
7.13. Быстродействие и скорость нарастания выходного напряжения
в усилителе низкой частоты
7.14. Список использованных источников
Глава 8. Источники питания и коэффициент подавления
источника питания (PSRR)
8.1. Принципиальные подходы к созданию источников питания
8.2. Подавление влияния шин питания в усилителях
8.3. Философия разработки проблемы коэффициента подавления
шин источника питания, PSRR.
8.4. Подавление влияния плюсовой шины питания
8.5. Подавление минусовой шины источника питания
8.6. Список использованных источников
Глава 9. Усилители мощности Класса А
9.1. Предварительные замечания
9.2. Варианты схем усилителей Класса А и их эффективность
9.3. Выходной каскад усилителей Класса А
185
185
188
193
195
198
201
211
212
212
214
215
216
217
219
223
239
245
251
259
262
265
279
281
281
290
293
294
298
306
307
307
308
312
Стр.6
6 СОДЕРЖАНИЕ
9.4. Схемы управления током в рабочей точке
9.5. Оригинальный метод управления током в рабочей точке
9.6. Схема усилителя Класса А
9.7. Трехмодальный усилитель
9.8. Полное комплексное сопротивление нагрузки и рабочий режим
9.9. Эффективность работы
9.10. О напряжении смещения при трехрежимной работе усилителя
9.11. Работа в режиме Класса А/АВ
9.12. Режим работы усилителя в классе В
9.13. Система переключения усилителя в различные классы работы
9.14. Тепловой расчет
9.15. Законченная схема Трехрежимного усилителя
9.16. Источник питания
9.17. Эксплуатационные параметры
9.18. Дополнительные возможности
9.19. Список использованных источников
Глава 10. Усилители мощности Класса G
10.1. Основы работы усилителя в классе G
10.2. Усилители Класса G с последовательной конфигурацией
10.3. Эффективность работы усилителя Класса G
10.4. Практические стороны дела
10.5. Требования к заданию напряжений смещения
10.6. Проблемы линейности последовательного усилителя Класса G
10.7. Статическая линейность
10.8. Практическая схема усилителя Класса G
10.9. Управление малосигнальными искажениями
10.10. Рабочие характеристики (эффективность)
10.13. Дальнейшие вариации на тему усилителя Класса G
10.14. Список использованных источников
320
322
325
328
337
338
342
343
344
346
349
351
351
353
354
355
356
358
362
363
364
367
370
370
377
10.11. Установление происхождения нового типа усилителя: Класс А + С 380
10.12. Добавление двухполюсной компенсации
ГЛАВА 11. Выходные каскады на полевых транзисторах 387
11.1. Характеристика мощных полевых транзисторов
11.2. Сравнение выходных каскадов на полевых и биполярных транзисторах 388
11.3. Биполярные транзисторы с изолированным затвором, IGBT
11.4. Выходные каскады на мощных полевых транзисторах
11.5. Мощные полевые и биполярные транзисторы: сравнение линейности
характеристик
11.6. Полевые транзисторы в каскадах Класса А
11.7. Список использованных источников
12.1. Почему условия, определяющие величину тока в рабочей точке,
являются критичными
383
385
386
387
391
391
395
396
399
Глава 12. Термокомпенсация и динамика передачи тепла 400
400
Стр.7
СОДЕРЖАНИЕ 7
12.2. Точность, требуемая для эффективной тепловой компенсации
12.3. Основной метод температурной компенсации
12.4. Оценка погрешности напряжения смещения
12.5. Моделирование тепловых процессов
12.6. Моделирование выходного каскада на эмиттерных повторителях
12.7. Моделирование выходного каскада на паре, охваченной
комплементарной обратной связью, CFP
12.8. Критерий абсолютной общей ошибки
12.9. Улучшенная температурная компенсация: каскад с эмиттерными
повторителями
12.10. Вариант улучшенной компенсации для выходного каскада на паре,
охваченной комплементарной обратной связью, CFP
12.11. Улучшенное месторасположения термодатчика
12.12. Определитель температуры pn перехода
12.15. Источники напряжения смещения с переменным значением
температурного коэффициента
12.16. Реальная динамика тепловых процессов
12.17. Список использованных источников
Глава 13. Защита усилителя и громкоговорителей
13.1. Категории защиты усилителя
13.2. Защита от перегрузки
13.3. Ограничительные диоды
13.4. Защита от смещения по постоянной составляющей
13.5. Тепловая защита
13.6. Питание вспомогательный цепей
13.7. Список использованных источников
Глава 14. Заземление и некоторые другие практические
вопросы
402
408
410
411
412
424
426
427
433
434
436
12.13. Контроль температуры pn перехода, учитывающий динамику
процесса 438
12.14. Заключение
440
442
451
457
458
458
462
476
477
489
492
493
494
14.1. Использование печатных плат в схемах усилителей низкой частоты 494
14.2. Односторонние и двухсторонние печатные платы
14.3. Заземление усилителя
498
506
14.4. Контуры заземления: как они действуют и как с ними управляться 508
14.5. Оборудование Классов I и II
14.6. Вопросы проектирования и конструкции оборудования
Глава 15. Тестирование, требования к безопасности
15.1. Тестирование оборудования, поиск неисправностей
15.2. Требования к безопасности
515
518
524
524
526
Стр.8