Усилительные устройства бытовой радиоэлектронной аппаратуры
для специальности 201500
Кафедра СРС
Колесов И.А.
Томск-2003

Системы технической передачи звука.

№ 1
Назначение линейного предварительного усилителя:
• Увеличение уровня входных сигналов при внесении минимально возможных дополнительных шумов.

№ 2
Предварительный усилитель-корректор:
• Увеличение уровня входных сигналов при внесении минимально возможных дополнительных шумов и коррекция частотных характеристик каналов записи.

№ 3
Больший уровень сигнала дает:
• конденсаторный, элекретный микрофон.

№ 4
Отечественным стандартом предусмотрено:
• три группы сложности бытовой аппаратуры.

№ 5
Более высокие технические характеристики имеет:
• нулевая группа сложности.

№ 6
К матричным системам относится:
• квазиквадрафоническая система технической передачи звука.

№ 7

• Монофоническая система звукопередачи.

№ 8

• Стереофоническая система.

№ 9
#ris9.jpg
•.

№ 10

• Псевдоквадрафоническая.

Структурная схема. Состав и основные технические характеристики усилителей звуковоспроизведения.

№ 11,12
Порядок включения функциональных модулей усилителя высококачественного звуковоспроизведения.
• Предусилители-корректоры → фильтры верхних и нижних частот → тонкомпенсированные регуляторы громкости → нормирующие усилители → шумоподавители → регуляторы тембра → синтезаторы псевдоквадрафонического сигнала → усилители мощности.
• Предусилители-корректоры → нормирующие усилители → фильтры верхних и нижних частот → тонкомпенсированные регуляторы громкости → регуляторы тембра → шумоподавители → синтезаторы псевдоквадрафонического сигнала → усилители мощности.

№ 13
Поменять местами в структурной схеме усилителя высококачественного звуковоспроизведения модули усилителей мощности и модули фильтров:
• нельзя, т.к. при этом отпадет необходимость в основном назначении модуля фильтров - в устранении интенсивных помех в канале предварительной обработки звукового сигнала (эти помехи уже “испорят” сигнал на выходе усилителя мощности).

№ 14,15,16
Усилитель составленный из модулей нулевой и второй, первой и второй, нулевой, первой и второй групп сложности можно отнести:
• ко второй группе сложности.

№ 17
Линейные искажения в усилителеях высококачественного звуковоспроизведения обусловлены:
• наличием реактивных элементов (конденсаторов, катушек индуктивности и паразитных реактивных параметров активных и пассивных элементов схемы), сопротивление которых зависит от частоты.

№ 18
Нелинейные искажения усиливаемого сигнала в усилителе высококачественного звуковоспроизведения:
• наличием нелинейных активных элементов, вольтамперные характеристики которых нелинейны.

№ 19
Меры для оценки линейных искажений в усилителях высококачественного звуковоспроизведения:
• Коэффициент частотных искажений.
• Время установления.
• Отклонение фазовой характеристики от линейной.
• Выброс переходной характеристики.

№ 20
- для оценки нелинейных искажений:
• Коэффициент гармоник.
• Коэффициенты интермодуляционных искажений.

Операционные усилители. Неинвертирующий и инвертирующий каскады на операционных усилителях.

№ 21
ОУ с внутренней коррекцией имеет крутизну ската диаграммы Боде и максимальный фазовый сдвиг в полосе частот до частоты единичного усиления f₁:
• 6 дБ/октава и θ_max ≤ 90;
• 6 дБ/октава и θ_max ≤ 135.

№ 22
В ОУ максимально достижимая амплитуда выходного напряжения в заданной полосе рабочих частот определяется:
• Минимально допустимое сопротивление нагрузки.
• Максимальная скорость нарастания выходного напряжения (V^*_max).
• Параметры, характеризующие нестабильность нуля на выходе (u^*_см, i^*_вх, i^*_сдв).
• Низкочастотное значение амплитуды выходного напряжения ОУ U^*_m2.

№ 23
Схема, выражения для коэффициента усиления и верхней граничной частоты неинвертирующего каскада

• 1+R₂/R₁ и f_вс0,7=f₁/(1+R₂/R₁).

№ 24
неинвертирующий каскад на ОУ может обеспечить высокую равномерность АЧХ (без подъема АЧХ), если ОУ имеет частоту второго полюса меньше частоты единичного усиления (f_p2<f₁), при верхних граничных частотах (f_вс0,7=f_p1c):
• f_p1c<0.6f_p2;
• f_p1c<0.1f_p2.

№ 25
Параметры, определяющие величину отношения сигнал/шум каскада на ОУ с глубокой обратной связью:
• Минимально допустимое сопротивление нагрузки.
• Максимальная скорость нарастания выходного напряжения (V^*_max).
• Шумовые параметры ОУ (e_n, i_n, f₀).
• Параметры, характеризующие нестабильность нуля на выходе (u^*_см, i^*_вх, i^*_сдв).
• Низкочастотное значение амплитуды выходного напряжения ОУ U^*_m2.

№ 26
Величина:
• i_n - справочная характеристика ОУ.

№ 27
Параметры, влияющие на коэффициент гармоник усилительного каскада на ОУ:
• Частота единичного усиления (f₁).
• Максимальная скорость нарастания выходного напряжения ОУ (V^*_max).
• Напряжение источника питания.
• Параметры, характеризующие нестабильность нуля на выходе ОУ (u^*_см, i^*_вх, i^*_сдв).
• Низкочастотное значение амплитуды выходного напряжения ОУ U^*_m2.

№ 28

Коэффициент гармоник каскада, при увеличении номинала резистора R_вх с 10 кОм до 100 МОм (сопротивления резисторов R1=200 Ом, R1=20 кОм останутся прежними):
• Повысится.

№ 29

При одинаковых ОУ и одинаковых номиналах сопротивлений резисторов в принципе может иметь меньший коэффициент гармоник:
• Второй каскад, так как за счет стопроцентной обратной связи по постоянному напряжению он обеспечивает меньший сдвиг нуля на выходе и соответственно большую величину максимально достижимого выходного напряжения.

№ 30

Типовая схема каскада на управляемом операционном усилителе от типовых схем каскадов на обычных операционных усилителях отличается.
• В каскадах на обычных ОУ коэффициент усиления и АЧХ определяются цепью обратной связи и практически не зависят от сопротивления нагрузки. В каскадах на управляемых ОУ, имеющих высокое выходное сопротивление, проводимость прямой передачи (крутизна) зависит от управляющего воздействия (I₀) и коэффициент передачи практически пропорционален произведению крутизны на сопротивление внешней нагрузки (Z).

Коммутаторы сигналов. Регуляторы усиления.

№ 31
Электронные интегральные переключатели и регуляторы усилителей высококачественного звуковоспроизведения обладают рядом практических преимуществ: отсутствие механически изнашиваемых деталей; отсутствие монтажных проводов, подверженных внешним паразитным наводкам; относительная простота устройств дистанционного управления; более свободный выбор схем реализации. Именно эти элементы получили наибольшее распространение в массовой бытовой аппаратуре. Управляемые элементы, используемые в таких переключателях и регуляторах:
• биполярные транзисторы;
• полевые транзисторы;
• управляемые усилители.

№ 32
Простейшая схема ключа на транзисторе.

При нулевом (или отрицательном) напряжении на переходе база – эмиттер транзистор закрыт и сопротивление промежутка эмиттер – коллектор велико (порядка сопротивления коллекторного перехода). Сопротивление промежутка эмиттер–коллектор вблизи нулевого напряжения на коллекторе при положительном напряжении на базе (более 0.7 B) при малых напряжениях между коллектором и эмиттером - ΔU_к-э≤50 м$В, определяется:
• Малым входным сопротивлением промежутка коллектор-эмиттер R_вх≈1/S_н, где S_н - крутизна линии насыщения выходных характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером.

№ 33

• 1 – потенциометрический регулятор усиления на переменном резисторе;
2 – регулятор усиления на полевом транзисторе в качестве управляемого сопротивления;
3 – регулятор стереобаланса на переменном резисторе.

№ 34
Регулятор усиления на электронном потенциометре:
.

№ 35
Управляемый дифференциальный усилитель:
.

№ 36
Управляемый усилитель типа логарифматор - антилогарифматор:
.

№ 37

Коэффициент усиления управляемого усилителя при отсутствии управляющего напряжения (U_упр=0):
• R₂/R₁. Такой усилитель регулирует сигналы положительной полярности.

№ 38

Пределы регулировки коэффициента усиления (D_рег=K_max/K_min) при R₁=R₃=R₄ и R₁>R₂:
• 1≤D_рег≤R₁/R₂.

№ 39

Пределы регулировки уровня выходного сигнала регулятора, выполненного по схеме резистивного делителя, если дискрет регулировки принять равным 2 дБ, а число транзисторов в каждой ступени делителя принять равным 4:
• От 0 дБ до 24 дБ.

№ 40

Ток через резисторы 2R ступенчатого аттенюатора на основе ЦАП с коммутируемыми цепями R-2R, если все переключатели из крайних левых положений встанут в крайние правые положения:
• не изменится, так как сопротивление каждой из параллельных цепей практически не зависит от положения переключателей.

Корректоры АЧХ.

№ 41
Возможные варианты назначения корректоров в тракте усилителей высококачественного звуковоспроизведения:
• Компенсация линейных предыскажений записи звуковой картины на носитель при воспроизведении.
• Улучшение результирующего отношения сигнал/шум сквозного тракта “запись - воспроизведение”.
• Восстановление первоначального спектрального состава звуковой программы при звуковоспроизведении.

№ 42,44

Приведенной диаграмме Боде соответстствуют структуры цепи обратной связи:
•.

•.

№ 43

- структуры цепей делителей:
•.

№ 45
Достоинства многокаскадного корректора с цепями формирования простейших диаграмм Боде в каждом из каскадов перед однокаскадным корректором, имеющим диаграмму Боде, аналогичную диаграмме Боде многокаскадного корректора:
• В многокаскадном соединении простейших корректоров проще обеспечить устойчивость, если требуются корректор с крутизной подъема диаграммы Боде более 6 дБ/октава.
• Проще провести расчет допусков на параметры элементов схемы и проще осуществить настройку требуемой итоговой диаграммы Боде, так как нет взаимного влияния номиналов конденсаторов на соседние нули и полюса диаграммы Боде.

№ 46
Погрешность реализации диаграммы Боде корректора на “полках” и на “скатах” при использовании идеального операционного усилителя определяется:
• Точностями (допусками) сопротивлений резисторов цепи ОС и точностями (допусками) емкостей конденсаторов цепи ОС.

№ 47,48
Минимальное число конденсаторов в цепи ОС неинвертирующего каскада на ОУ, которое необходимо использовать для формирования диаграмм Боде:

• 3.

• 1.

№ 49
Диаграмма Боде корректора:

•.

№ 50
- если считать ОУ идеальным:

• С комбинацией подъема и спада.

Предварительные усилители.

№ 51

Назначение резистора R:
• Для устранения неравномерности АЧХ и повышения устойчивости микрофонного усилителя.

№ 52
Преимущество применение входного трансформатора в микрофонном усилителе:

• Позволяет увеличить отношение сигнал/шум микрофонного усилителя за счет увеличения напряжения на входе ОУ.
• Снижение уровня паразитных синфазных помех на выходе усилителя.

№ 53

Дифференциальный каскад на двух операционных усилителях на входе микрофонного усилителя применяют:
• Для снижения уровня паразитных синфазных помех на выходе усилителя.

№ 54

Формирование неравномерных АЧХ граммзаписи и АЧХ усилителя-корректора воспроизведения граммзаписи предназначено для:
• Обеспечения большей плотности записи на грампластинках (меньший шаг записи) и большего отношения сигнал/шум системы запись - воспроизведение.
• Снижения акустических шумов (рокот, гул) приводного механизма звуковоспроизведения, а также низкочастотных шумов самой пластинки.

№ 55

В схеме нормирующего усилителя, конденсатор C3 поставлен:
• Для снижения нелинейных искажений и повышения равномерности АЧХ на верхних частотах за счет уменьшения крутизны ската диаграммы Боде петлевого усиления (до 6 дБ/октава на частотах от второго полюса диаграммы Боде ОУ К153УД2 до частоты единичного усиления этого ОУ).

№ 56
Вид диаграммы Боде усилителя магнитной записи и усилителя воспроизведения этой записи для идеального нешумящего канала запись-воспроизведение магнитофона:
• Равномерная усилителя записи и линейно убывающая (6 дБ/октава) усилителя воспроизведения.

№ 57

Предкорректор в канале записи с подъемом АЧХ на нижних и на верхних частотах делается:
• для повышения ЭДС воспроизводящей магнитной головки (снижения уровня шума канала воспроизведения) на нижних частотах и компенсации дополнительных потерь на верхних частотах.

№ 58

Коррекция АЧХ в канале воспроизведения:
• Для компенсации подъема сквозной АЧХ (запись - воспроизведение) за счет предкорректора на нижних частотах, для компенсации подъема АЧХ на средних частотах за счет линейного повышения с ростом частоты ЭДС воспроизводящей магнитной головки и для компенсации слойных потерь при записи на верхних частотах.

№ 59

В переключаемых цепях обратной связи корректора стоят конденсаторы и поставлен диод:
• для формирования разных требуемых стандартом АЧХ корректора при разных скоростях движения ленты и для обеспечения возможности использования полярного (малогабаритного) разделительного конденсатора (47 мкФ).

№ 60

Выход в устройствах магнитной записи-воспроизведения при высокоомном сопротивлении резистора (или выход лучшей по свойствам схемы на управляемом операционном усилителе), может быть подключен:
• ко входу записывающей магнитной головки.

Регуляторы частотных характеристик.

№ 61
Назначение физиологических регуляторов громкости:
• Искусственный подъем составляющих нижних и верхних частот при малом уровне звука.
• Выравнивания громкости звучания звуковой картины в соответствии с субъективными свойствами слуха человека.

№ 62

В процессе регулировки громкости за счет включения конденсатора C₁ достигается:
• подъем АЧХ на верхних частотах при малом уровне звука.

№ 63

В процессе регулировки громкости использован механизм:
• Подъем АЧХ на нижних и верхних частотах при большом частотно-независимом ослаблении входного сигнала ЦАП (с лестничной цепочкой резисторов R-2R) достигается за счет суммирования сигнала с выхода ЦАП с сигналом, прошедшим по цепи внешней НЧ и ВЧ коррекции. При этом суммирование сигналов прошедших разными путями осуществляется инвертирующим сумматором на внешнем (по отношению к микросхеме) операционном усилителе.

№ 64
Выражения для описания комплексного коэффициента передачи симметричного регулятора тембра:
• ;
• ;
• ;
•.

№ 65,66
В верхнем положении движка резистора R₂ (при минимальном значении R₂₁), обеспечится:

• Максимальный подъем АЧХ на верхних частотах.

• Максимальный подъем АЧХ на нижних частотах.

№ 67

• Схема активного фильтра нижних частот первого порядка.

№ 68

Пределы регулировки тембра по нижним частотам для регулятора (по максимальному подъему АЧХ):
• 21 дБ.

№ 69

• Схема имитатора индуктивности.

№ 70

Сопротивление резистора R_B для N=10:
• 5,2 кОм.

Формирователи пространственного слухового впечатления.

№ 71
Эффекты, связанные с особенностями физиологического восприятия звуков человеком, которые используются при реализации технических систем формирования пространственной звуковой картины:
• Бинауральные.

№ 72
Пространственную локализацию человеком источников звука с низкочастотным спектром определяет:
• Фазовый бинауральный эффект.

№ 73
- с высокочастотным спектром:
• Амплитудный бинауральный эффект.

№ 74
Для формирования “кругового распределения звука” при воспроизведении звуковой картины предназначены:
• Формирователи псевдоквадрасигнала.

№ 75
Принцип работы формирователя псевдостереосигнала:

• Моносигнал M на выход R^* передается с увеличенным фазовым сдвигом и с уменьшенным уровнем спектральных составляющих на нижних частотах и с увеличенным уровнем спектральных составляющих на верхних частотах по сравнению с передачей моносигнала M на выход L^*.

№ 76

• Схема формирователя псевдостереосигнала.

№ 77

Сумма-разностная обработка сигналов делается:
• для кажущегося расширения стереобазы.

№ 78

На L и R входах устройства делители на резисторах R₁, R₂ используют:
• для предотвращения перегрузки каналов последующей обработки выходных сигналов с L^* и R^* выходов.

№ 79

Блок θ используется:
• для формирования задержки эхо-сигнала от тыловых акустических систем.

№ 80

π - инвертор используется:
• для создания эффекта “кругового распределения звука”.

Шумоподавители.

№ 81
Слоговые компандеры относятся:
• К динамическим системам шумоподавления.

№ 82
Временем срабатывания системы шумоподавления называют:
• Длительность перехода сигнала на выходе системы от минимального уровня до максимального.

№ 83

• Схема динамического ограничителя шума.

№ 84

Структурная схема системы шумоподавления:
• Мультипликативного компандера.
• Линейного широкополосного компандера.

№ 85
Статические амплитудные характеристики компандера.

Компрессор такого компандера обеспечивает сжатие динамического диапазона:
• 1/2 P_вх дБ.

№ 86
Используемые величины минимальных значений коэффициентов сжатия компандеров практически ограничиваются:
• возможностью появления больших выбросов на сжатых сигналах.

№ 87

Частота среза управляемого ФВЧ в компандере Долби-В при повышении уровня обрабатываемого сигнала:
• повышается.

№ 88

Опорное напряжение U_R в схеме компандера используется:
• Для задания максимального уровня входных сигналов, ниже которого компрессор начинает повышать уровень выходного сигнала по сравнению со входным.
• Для задания минимального уровня входных сигналов, выше которого компрессор начинает уменьшать уровень выходного сигнала по сравнению со входным.

№ 89

В компандерах Highcom ставятся цепи предкоррекции:
• для дополнительного повышения уровня слабых ВЧ сигналов и понижения уровня сильных ВЧ сигналов на выходе компрессора.

№ 90

Нерегулируемый предкорректор КЗ и нерегулируемый посткорректор КВ в компандере dbx используются:
• для понижения относительного уровня высокочастотного шума в канале воспроизведения при небольшом сжатии и повышения отношения сигнал/шум в компандированном канале.

Усилители мощности.

№ 91

Введением сомножителя a² в выражении для расчета выходной мощности усилителя (P₂=a²E² / 4R_н) учитывается:
• отличие достижимой максимальной амплитуды выходного напряжения от напряжения источника питания при использовании реальных транзисторов с напряжением насыщения, отличным от нуля.

№ 92

Суммирование токов плеч двухтактного выходного каскада в общей нагрузке представлено:
• Для двухтактного каскада, плечи которого работают в режиме B на идеальных транзисторах.

№ 93
В двухтактном каскаде усилителя мощности используется выражение для электрического коэффициента полезного действия η_эл=P_∼/P_n=αγξ/2=απξ/4
• В режиме B на реальных транзисторах.

№ 94

Повышение коэффициента гармоник при понижении выходного напряжения относительно номинального значения наблюдается:
• В режимах работы транзисторов двухтактного каскада A и AB. Превалирующими оказываются переходные нелинейные искажения первого рода.

№ 95

В повторителях усилителей мощности используют шунтирующие диоды:
• для повышения максимальной выходной мощности.

№ 96

• Мостовая схема с симметричным предварительным усилителем.

№ 97

• Схема усилителя мощности класса A+.

№ 98

Усилители мощности, выполненные по приведенной схеме, используются:
• для снижения нелинейных искажений второго рода.

№ 99

Транзисторы VT₃ и VT₄:
• для ограничения тока выходных транзисторов.

№ 100

Диоды VD₁ и VD₂:
• для защиты громкоговорителя R от постоянных напряжений.

Усилители класса D. Видеоусилители.

№ 101
Принцип работы усилителей класса D:
• Усиливаются импульсные сигналы прямоугольной формы, длительность которых пропорциональна напряжению первичного аналогового сигнала в моменты отсчетов.

№ 102
Преимущества усилителей класса D. Недостатки, ограничивающие их использование в усилителях мощности.
• Высокий КПД. Ограничение тактовых частот быстродействием мощных коммутаторов.

№ 103
Назначение сумматора в схеме.

• Введение отрицательной обратной связи.

№ 104

Катушка индуктивности L₃:
• Совместно с конденсатором C₄ образует ФНЧ для фильтрации частоты дискретизации.

№ 105

Резисторы R_в и R в схеме неинвертирующего каскада видеоусилителя для:
• согласования входного сопротивления каскада с волновым сопротивлением подводящего кабеля и согласования выхода каскада с волновым сопротивлением отводящего кабеля.

№ 106

Резисторы R₁ и R в схеме инвертирующего каскада:
• Согласование входного сопротивления каскада с волновым сопротивлением подводящего кабеля и согласование выхода каскада с волновым сопротивлением отводящего кабеля.

№ 107

Параллельно входу и параллельно выходу неинвертирующего каскада видеоусилителя, ставятся резисторы R_в и R, сопротивление которых близко к волновым сопротивлениям подводящего и отводящего кабелей соответственно:
• потому, что без этих резисторов не обеспечиватся согласование каскада по входу и по выходу с волновыми сопротивлениями подводящего и отводящего кабелей с высокими входным и выходным сопротивлениями управляемого операционного усилителя.

№ 108

Поменять местами предварительный каскад усиления (ПК) и корректирующий усилитель (КУ) в видеоусилителе с противошумовой коррекцией:
• нельзя, так как при этом уменьшится отношение сигнал/шум на выходе видеоусилителя.

№ 109

Диаграмма Боде противошумового корректора:
• Простейшая с крутизной подъема 6 дБ/октава, делается для компенсации завала АЧХ за счет входной цепи.

№ 110

Входной корректор в видеоусилителе со сложной противошумовой коррекцией по Г.В.Брауде:
• Для увеличения уровня высокочастотных составляющих спектра сигнала на затворе полевого транзистора за счет трансформирующих свойств полосового фильтра, нагруженного на сопротивление значительно превышающее характеристическое сопротивление фильтра.

№ 111

В видеоусилителе со сложной противошумовой коррекцией по Г.В.Брауде во втором корректоре используется последовательный резонансный контур:
• Для компенсации “подъема” АЧХ входного корректора на частотах, близких к частоте последовательного резонанса входного корректора.