Корзина
12 отзывов

О надежности усилителей

О надежности усилителей

31.03.16

О надежности усилителей
Эволюция усилителей мощности продолжает оставаться объектом пристального внимания специалистов. Ведь в отличие от слаботочных устройств, таких, как микшерные пульты или устройства обработки звука, усилители всегда были и остаются самым ненадежным элементом звуковых систем. Этому есть объяснение. 

Все слаботочные устройства работают с сигналами малой мощности. Из этого следует, что установленные в них радиоэлементы имеют большой запас по основным параметрам. Возьмем, к примеру, режим работы транзисторов, используемых в таких устройствах. При допустимой рассеиваемой мощности в пределах 0,5 Вт они очень редко загружены даже на 20 процентов. Нетрудно догадаться, что при столь значительном (более чем пятикратном) запасе эти транзисторы могут работать практически вечно. 

Совсем другая ситуация с усилителями мощности. Уже из самого названия следует, что их основное назначение - это отдавать в нагрузку мощный звуковой сигнал. Понятно, что для обеспечения надежной работы на усилитель придется установить множество выходных транзисторов, рассчитанных на значительные мощности рассеивания.
Вместе с тем периодическое, а то и разовое превышение допустимой рассеиваемой мощности может привести к тепловому разрушению кристалла транзистора и выходу его из строя. 

Так все-таки за счет чего усилители работают достаточно надежно? Все дело в серьезных системах защиты этих самых транзисторов.
В реальной жизни усилителю практически никогда не приходится работать на активное сопротивление, скажем 4 или 8 Ом, при котором регламентируются его технические характеристики. Сопротивление любой реальной акустической системы (АС) представляет собой сложную комплексную величину, зависящую от частоты и уровня подаваемого на нее звукового сигнала. На некоторых частотах сопротивление АС может снижаться до весьма малых значений (например, сопротивление 4-омной низкочастотной АС может падать до 2 Ом и ниже). Кроме того, существуют плохие кабели, закороченные соединители и прочие прелести туровой жизни. И все это не должно приводить к поломке усилителя. Поэтому схема собственно усилителя содержит достаточно много обвязки, которая позволяет ему приспособиться и выжить в условиях постоянных стрессов и перегрузок. Рассмотрим вкратце джентльменский набор защит, который должен быть в любом современном усилителе. Но сначала пару слов об эволюции систем защиты от перегрузок по выходу. 

Простейшая система защиты - токовый ограничитель. Он ограничивает ток через выходные транзисторы на каком-то фиксированном уровне. Причем уровень ограничения тока должен быть не ниже, чем его максимальное амплитудное значение при работе усилителя на нагрузку с минимальным сопротивлением. С такой защитой мощность, рассеиваемая транзисторами, например, 500-ваттного усилителя в режиме короткого замыкания, составит около 1000 Вт. Необходимая же для нормальной работы мощность рассеивания не превышает 250 Вт, то есть без четырехкратного запаса о безотказной работе усилителя с такой защитой можно забыть. 

Следующий этап развития систем защиты - это вольтамперный ограничитель (U-I). Такая система также реагирует на ток, но учитывает и величину падения напряжения на выходных транзисторах. Это позволяет эффективно использовать их ОБР (область безопасной работы).
К сожалению, упомянутые выше системы обладают существенным недостатком - их работа заметна на слух в виде треска и щелчков на пиках сигнала. 

Чтобы избежать этого эффекта, в усилителях нового поколения стали применять двухступенчатую защиту от перегрузок по выходу. Первая ступень - безинерционная, мгновенно реагирующая на короткое замыкание на выходе усилителя или на существенное понижение сопротивления нагрузки. Она практически никогда не срабатывает при исправной акустической системе. 

Если же перегрузка вызвана кратковременным снижением комплексного сопротивления громкоговорителя, то примерно через 5 мс после ее начала вторая ступень защиты начнет управлять работой встроенного лимитера, линейно уменьшая уровень входного сигнала, что делает ее работу практически незаметной на слух. Можно быть уверенным, что качество звука с такой защитой останется на должной высоте. 

У этой защиты есть и другие плюсы. Она позволяет легко и безопасно использовать так называемую динамическую мощность рассеивания транзисторов (кратковременно транзисторы могут рассеивать значительно большую мощность, чем при статической нагрузке). А это дает возможность отдавать в нагрузку кратковременные импульсы тока значительно большей величины. Защита по такому принципу не нова в мировой практике и является, как правило, атрибутом дорогих моделей усилителей турового класса. 

Одним из узлов, существенно влияющих на надежность усилителя и акустических систем, является клип-лимитер (терминология здесь не устоялась - можно встретить названия "компрессор", "клип-компрессор"). 
По сравнению со старыми моделями современные высококачественные усилители имеют гораздо больший динамический диапазон. Благодаря этому искажения, вызванные перегрузками по входу усилителя, менее заметны на слух и воспринимаются, как некоторое улучшение яркости звучания. Отсюда неопытному пользователю частенько кажется, что, "поддав еще", можно добиться лучшего результата. 

На самом деле в усилителе происходит ограничение низкочастотных пиков, и, как результат, сжатие динамических характеристик звукового сигнала. Создается реальная опасность выхода из строя высокочастотных (ВЧ) динамиков, т. к. в этот момент подаваемая на них мощность резко возрастает как за счет увеличения уровня входного сигнала, так и за счет гармоник, образующихся вследствие перегрузки усилителя низкими частотами. 

Встроенный в усилитель клип-лимитер реагирует на искажения и линейно уменьшает уровень входного сигнала до их исчезновения. Неважно, в какой части спектра возникли искажения - уровень всех частот понижается на одну и ту же величину. Необходимо также отметить, что при этом не происходит ни роста мощности ВЧ составляющих, ни изменения тембрального баланса звука.
Еще одной неприятностью для ВЧ динамиков может стать появление в системе звукоусиления паразитных высокочастотных колебаний. 

Обычно мощность ВЧ динамиков значительно меньше мощности самой акустической системы (например, в 500-ваттной АС мощность ВЧ динамиков редко превышает 50 Вт). При использовании достаточно изношенных или неисправных микшеров или кроссоверов на их выходе иногда появляется переменное напряжение высокой частоты (они возбуждаются). Мощные высокочастотные колебания могут возникнуть в звуковой системе также из-за плохого состояния соединительных кабелей, но чаще всего это происходит из-за возникновения акустической обратной связи. В таких ситуациях в ВЧ полосе усилитель отдает полную мощность. В нашем примере, если даже усилитель идеально согласован по мощности с акустической системой, высокочастотные динамики испытают 10-кратную перегрузку и очень быстро, как говорится, сгорят. 

Для предотвращения столь печальных последствий (замены или ремонта "пищалок") усилители оборудуются системой защиты от немузыкальных высокочастотных сигналов. Как только их уровень достигнет опасных величин - защита блокирует входной сигнал и отключает нагрузку. 

А что произойдет с акустическими системами, если все-таки усилитель выйдет из строя?
В некоторых случаях на его выходные разъемы может попасть смертельно опасное для АС постоянное напряжение. Под его воздействием звуковые катушки громкоговорителей обугливаются за считанные секунды. Следует заметить, что стоимость современных АС зачастую превышает стоимость самого усилителя, так что роль защиты акустических систем от постоянного напряжения трудно переоценить. При возникновении постоянного напряжения защита пытается отключить выход с помощью реле. Но разорвать постоянное напряжение в 100 В при подключенной нагрузке могут только большие промышленные пускатели, а не малогабаритные реле, обычно применяемые в усилителях. Они реально могут защитить нагрузку только от щелчков при включении/выключении усилителя. 

Для абсолютной защиты акустических систем усилители должны быть снабжены дополнительной симисторной защитой, дублирующей работу реле. При невозможности отсоединить выход усилителя от АС с помощью реле мощный симистор с автономными энергонезависимыми цепями управления замыкает выход усилителя на "землю", обеспечивая абсолютную защиту АС от повреждения постоянным током.
Хотелось бы напомнить и о защите усилителя от превышения максимально допустимой рабочей температуры. Такая защита является не менее важной, чем вышеупомянутые. И в заключение - полезный совет нашему читателю. Прежде, чем приобрести усилитель, обратите внимание на его оснащенность дополнительными возможностями, которые хотя и кажутся на первый взгляд второстепенными, но в действительности крайне необходимы для стабильной работы вашей системы.

Источник: Sound House Pro

Предыдущие статьи
МУЗЫКАЛЬНАЯ КОМПАНИЯ MUZ.ON
Валерий
+380
98
942-43-44
Украина Запорожская область Мелитополь Проспект 50 лет Победы 36/1
Карта