Усилитель звуковых частот (УЗЧ) (усилитель низких частот (ПНЧ), англ. audio amplifier, пол. wzmacniacz muzyczny) — электронный усилитель, усиливающий маломощные электрические сигналы звукового диапазона (от 20 Гц до 20 кГц, соответствующий диапазону слышанных человеком акустических) ) до уровня, необходимого для работы акустических систем или громкоговорителей и является конечным активным элементом в системе получения, обработки и усиления звукового сигнала.
Основными параметрами усилителей являются следующие:
Для высококачественной аппаратуры также важными параметрами являются: распределение спектра нелинейных искажений (искажение в высокочастотной части спектра значительно заметнее); коэффициент демпфирования динамических головок акустической системы (демпфирование обеспечивается способностью усилителя противодействовать инерционному движению подвесной системы головки с диффузором). Распределение спектра нелинейных искажений транзисторных усилителей традиционно высоко в высокочастотной части спектра. Это связано со спецификой работы транзисторов. Существуют схемотехнические решения (глубокая отрицательная обратная связь, использование эмиттерных резисторов в каскадах с комплементарными парами и увеличение входного сопротивления выходного каскада, применение источника тока, как источника сигнала для выходного каскада и поддержание тока холостого хода выше 50 мА) избежать этого эффекта. Эффективное демпфирование динамических головок обеспечивается понижением выходного сопротивления усилителя. Для этого используют соединительные проводники от усилителя до акустической системы значительного сечения (до нескольких квадратных миллиметров для мощных усилителей). Эффективное демпфирование также достигается специальным схемотехническим решением, при котором выходное динамическое сопротивление усилителя становится отрицательным.
В зависимости от режима работы каскада усилителя, различают классы усилителей A и B и производные от них классы.
Разделение усилителей Однотактные и двухтактные. В однотактном усилителе весь сигнал усиливается в течение одного периода проводимости усилительного элемента. В двухтактном усилителе сначала положительная полволна сигнала усиливается в течение половины периода, а в течение другой половины периода - отрицательная. Класс работы выходного каскада. Различают усилители класса A, B, C, D и гибридных классов. Классы работы выходного каскада усилителя A — усилители, у которых весь сигнал усиливается одной лампой или транзистором, используются в маломощных каскадах, имеют КПД около 25 % и обеспечивают минимальный уровень нелинейных искажений. Теоретически высокий КПД выходного каскада класса А (около 50%) возможен только при максимальной амплитуде выходного сигнала. На практике же максимальный КПД составляет до 20%. То есть, для того, чтобы отдать 1 Ватт мощности в акустическую систему необходимо 4 Ват выделить в виде тепла. Из-за проблем с отводом тепла, полупроводники не нашли своего применения в этом классе, в отличие от электронных ламп, которые до сих пор широко используются. Существуют методы повышения эффективности выходного каскада класса А, основанные на использовании динамического управления током покоя или напряжением питания, однако такие методы не получили широкого распространения. B – в этом классе выходной каскад построен на двух лампах или транзисторах. При усилении гармонических сигналов период пропускания отдельного элемента равен 90°. Такой режим генерирует большое количество нелинейных искажений из-за сложностей переключения с одного элемента в другой, однако КПД каскада значительно увеличивается. На топологии этого класса построено 99 % всех промышленных усилителей звуковой частоты. AB — усилители, работающие на двух лампах или транзисторах, по тому же принципу, как и классу B, однако поле действия обоих транзисторов взаимно перекрывают друг друга, что позволяет уменьшить количество нелинейных искажений, по сравнению с классом A, усилители этого класса имеют высший КПД. C — работают при напряжении сдвига большем, чем напряжение запирания, и амплитудой сигнала, не превышающей напряжения сдвига. В таком режиме транзистор производит только верхнюю часть положительной полуволны, что приводит к большим искажениям сигнала. Этот класс не пригоден для использования в качестве усилителя звуковой частоты, но часто применяется.
