Przewodnik minimalizacji zniekształceń w wzmacniaczach tranzystorowych

Wyobraźcie sobie inwestowanie znaczącego czasu i zasobów w wybór najwyższej klasy systemu dźwiękowego, oczekując wciągającego doświadczenia muzycznego.dźwięk wydaje się tłumiony, jak gdyby słyszał się przez szkło żelazneTo rozczarowujące doświadczenie często wynika z ukrytego sprawcy: zniekształcenia wzmacniacza.

Jako podstawowy element sprzętu dźwiękowego wzmacniacze służą do wzmacniania słabych sygnałów dźwiękowych do poziomu wystarczającego do napędzania głośników.gdy wzmacniacz nie odtwarza wiernie sygnału wejściowegoZniekształcenie wzmacniacza działa jak bariera w drodze sygnału dźwiękowego, utrudniając naszą zdolność do słuchania czystej, autentycznej muzyki.

Zniekształcenie wzmacniacza stanowi zasadniczo rozbieżność między sygnałem wyjściowym a sygnałem wejściowym, utratę oryginalnej integralności sygnału.dokładne wzmacnianie sygnału wejściowego bez zmiany jego właściwości,W rzeczywistości różne czynniki nieuchronnie wprowadzają zniekształcenia, modyfikując sygnał wyjściowy.

Bardziej precyzyjnie, zniekształcenie wzmacniacza przejawia się jako zmiany amplitudy sygnału, odpowiedzi częstotliwości i relacji fazowych.zmienione stosunki amplitudy, lub modyfikowane stosunki fazowe, które pogarszają jakość dźwięku.

Zniekształcenie wpływa na jakość dźwięku poprzez wiele mechanizmów:

• Zmniejszona jasność i szczegóły:Zamaskuje dźwiękowe niuanse, tworząc rozmyte, niewyraźne odtworzenie.
• Zmiana brzmienia:Sprawia, że dźwięki wydają się nienaturalne lub ostre.
• Generator harmoniczny:Wprowadza zewnętrzne harmoniki maskujące oryginalną treść sygnału.
• Wybrany zakres dynamiczny:Ogranicza zmienność głośności, zmniejszając ekspresję muzyczną.
• Zmęczenie słuchowe:Długotrwałe narażenie na silne zniekształcenia może powodować napięcie ucha lub uszkodzenie słuchu.

Zniekształcenia można sklasyfikować według kilku kryteriów:

• Według typu zniekształcenia:Amplituda, częstotliwość, faza, harmonia, zniekształcenie intermodulacji.
• Przyczynowo:Przerwanie, przeciążenie, nieliniowe, przemijające zniekształcenie.
• W efekcie percepcji:Wycinanie, odcięcie, krzyżownictwo, zniekształcenie harmoniczne.

Wzmacniacze tranzystorowe wymagają odpowiedniego przesunięcia prądu stałego analogicznego do "linii startowej" określającej stan pracy tranzystora.powodując skrócenie formy fali.

• Podbijanie:Powoduje zniekształcenie, gdy część sygnału zostaje utracona, wytwarzając pusty dźwięk z brakiem basów.
• Nadmierny stronniczość:Napędza tranzystory do nasycenia, tworząc zniekształcenia z nienaturalną zawartością harmoniczną.
• Niestabilna stronniczość:Odchylenie napięcia w wyniku zmian temperatury powoduje niespójne działanie.

Kiedy sygnały wejściowe przekraczają napięcie lub prąd wzmacniacza, formy fal wyjściowych stają się zacięte, podobnie jak woda przepływająca przez zablokowaną rurę.

• Odcięcie napięcia:występuje, gdy wejście przekracza limity napięcia zasilania.
• Aktualny wycinek:Dzieje się tak, gdy popyt na prąd przekracza moc wyjściową.

Podczas gdy idealne wzmacniacze utrzymują stały zysk w różnych częstotliwościach, rzeczywiste komponenty wykazują zachowanie nieliniowe:

• Nieliniowość tranzystora:Stosunki prądu i napięcia odbiegają od liniowości, zwłaszcza w przypadku dużych sygnałów.
• Odpowiedź częstotliwości komponentu:Rezystory, kondensatory i induktory wykazują impedancję zależną od częstotliwości.
• Elementy pasożytnicze:Pojemności i indukcyjność zmieniają częstotliwość.

Najczęstszy rodzaj zniekształceń, występujący, gdy współczynniki amplitudy wyjścia różnią się od wejścia.

występuje, gdy sygnały wejściowe przekraczają napięcie/moc prądu wzmacniacza, spłaszczając szczyty formy fali.

• Przyczyny:Nadmierna amplituda sygnału wejściowego.
• Efekt:Surowy, nienaturalny dźwięk z wyraźnymi harmonikami.

Wpływa na wzmacniacze klasy AB w pobliżu zerowych przechodów sygnału z powodu nieliniowości tranzystora.

• Przyczyny:Nieliniowa operacja tranzystora wokół punktów stronniczości.
• Efekt:Ziarnista tekstura z utraconymi szczegółami.

Nierównomierne wzmacnianie w różnych częstotliwościach powoduje nierównowagę tonalną.

• Przyczyny:Charakterystyka częstotliwości składników, elementy pasożytnicze.
• Efekt:Zawyżone lub osłabione zakresy częstotliwości.

Dodanie częstotliwości wielokrotnych liczb całkowitych do pierwotnego sygnału.

• Przyczyny:Nielinearność wzmacniacza.
• Efekt:Surowy, nienaturalny dźwięk.

Ustawić punkty przesunięcia w pobliżu centrów linii obciążenia przy użyciu:

• Dokładne obliczenia rezystora stronniczości
• Obwody stabilizacji napięcia

Zapobieganie obcinaniu poprzez:

• Korekta zysku wejściowego
• Sieci atenuatorów
• Automatyczne sterowanie wzrostem

Wybierz elementy z:

• Transistory o wysokiej liniowości
• Zastosowane pary urządzeń
• Niedogłośne, precyzyjne elementy bierne

Niektóre konteksty muzyczne celowo wykorzystują zniekształcenia dla efektów artystycznych:

Łagodne wycinanie tworzy harmonicznie bogate, potężne dźwięki gitarowe, które są ulubione przez wielu muzyków.

Ekstremalne nasycenie generuje agresywną, wysokoharmoniczną zawartość muzyki przemysłowej i eksperymentalnej.

Zrozumienie mechanizmów zniekształcenia wzmacniacza umożliwia zarówno jego minimalizację w celu reprodukcji wysokiej wiarygodności, jak i strategiczne zastosowanie do kreatywnego projektowania dźwięku.Dalsze postępy technologiczne nadal poprawiają liniowość wzmacniacza, obiecując coraz dokładniejszą reprodukcję dźwięku.