PREAMPLIFICATOARE IN AUDIOFRECVENTA

PREAMPLIFICATOARE IN AUDIOFRECVENTA

Elementul de baza al orcarui sistem muzical, independent de clasa de calitate a acestuia il constituie amplificatorul de audiofrecventa.

Primul etaj al unui amplificator audio complet, care se conecteaza intre sursa si amplificatorul de putere, formeaza preamplificatorul. In preamplificator au loc transformarile principale suferite de semnal, ca nivel de tensiune (amplificarea tensiunii) si spectru (conectii ale caracteristicii de frecventa, reglaje de ton).

Calitatea preamplificatorului depinde in masura considerabila de primul sau etaj. Acesta trebuie sa asigure adaptarea la sursa de semnal folosita, in conditii de nivel minim al zgomotului si intr-o gama dinamica corespunzatoare. O solutie adecvata pentru satisfacerea cerintelor enumerate, este realizarea etajului de intrare conform schemei diferentiale.

Parametrii amplificatoarelor

In literatura de specialitate se intalnesc un numar foarte mare de caracteristici folosite pentru descrierea proprietatilor electrice si de exploatare ale amplificatoarelor de audiofrecventa. Principalele dintre aceste caracteristici sunt urmatoarele: factorul distorsiunilor liniare si neliniare; randamentul; parametrii de intrare (impedanta, tensiunea, curentul si puterea, impedanta sursei de semnal audio); parametri de iesire (puterea, tensiunea, curentul, impedanta de iesire); gama dinamica; raportul semnal - zgomot si valoarea maximala a parametrilor electrici.

Factorul (coeficientul) de amplificare (de putere, curent sau tensiune, in dependenta de destinatie) este raportul dintre tensiunea (curentul, puterea) utila de iesire si tensiunea utila aplicata la intrare. Factorul de amplificare de tensiune Au poate fi exprimata atat prin raportul insusi (V mV sau V/mV), cat si logaritmic in decibeli. In ultimul caz se foloseste uneori denumirea de castig in tensiune.

Castigul in tensiune este dependent de valoarea componentelor externe ale circuitului, de impedanta de sarcina Rl, impedanta de intrare, tensiunea de alimentare Ucc, frecventa si temperatura.

Banda de frecvente de trecere ( BW) - este domeniul de frecvente (de la frecventa limita inferioara Fl pana la frecventa limita superioara Fh) in interiorul caruia factorul de amplificare directa cu cel mult 3 dB fata de cel masurat la frecventa de 1KHz. Spre exemplu, un amplificator audio cu redarea calitativa a vocii si programelor muzicale poseda un factor de amplificare invariabil in limitele 3 dB pentru domeniul de frecvente de la Fl 16 Hz la Fh 30 Khz. In cazul unor pretentii de fidelitate mai ridicate, se poate indica o banda de frecvente pentru atenuare mai mica la capetele benzii, specificandu-se insa in mod obligatoriu valoarea atenuarii (1 dB, 0,5 dB etc.).

In afara benzii de trecere definita mai sus, in practica sunt folosite inca doua notiuni: banda pentru castig unitar si banda de putere. Banda pentru castig unitar este domeniul de frecvent, la granitele caruia amplificarea devine egala cu unitatea, adica amplificatorul nu mai amplifica (tensiunea de intrare este egala cu cea de iesire). Banda de putere este domeniul de frecvente in interiorul caruia, la un factor de distorsiuni k constant, puterea de iesire variaza cu cel mult 3 dB fata de valoarea la 1 kHz.

Gama dinamica defineste raportul dintre tensiunea maxima de iesire si cea de intrare a amplificatorului. Acest raport se exprima in dB si reprezinta (in cazul ideal) o functie liniara.

Caracteristica de frecventa defineste dependenta factorului de amplificare de frecventa, iar cea de faza- defazajul tensiunii de iesire fata de cea de intrare in dependenta de frecventa.

Caracteristica de frecventa-faza sumeaza caracteristicile de frecventa si faza in domeniul de variatie a frecventei de la 0 la Fh. Aceste caracteristici, cat si cea de amplificare (dependenta tensiunii de iesire de cea de intrare) determina distorsiunile liniare si neliniare ale amplificatorului in gama de frecvente de operare. Dupa cum se stie, la un amplificator real amplificarea depinde intotdeauna de frecventa tensiunii sinusoidelor la intrare, mai ales daca frecventa are o valoare foarte mare sau foarte mica. In rezultat au loc anumite schimbari ale tonului materialului sonor reprodus. Neliniaritatile de faza ale amplificatorului, datorita proprietatilor fiziologice ale auzului, nu sunt receptionate de catre ascultator, de acea nu sunt considerabile la proiectarea amplificatoarelor audio.

Distorsiunile neliniare sunt conditionate de neliniaritatea caracteristici dinamice a amplificatorului. Ele reduc inteligibilitatea, si falsifica sau intuneca imaginea acustica a materialului sonor supus amplificarii. De acea, s-a incercat sa se defineasca o masura a distorsiunilor neliniare, a gradului de deformare a semnalului de intrare. Pentru aprecierea cantitativa a distorsiunilor neliniare este natural sa se aleaga o masura care sa exprime valoarea armonicilor superioare in raport cu intreaga valoare a tensiunii de iesire. Aceasta masura se numeste factor de distorsiuni neliniare.

In literatura de specialitate si in foile de catalog pot fi intalnite, pe langa denumirea de factor de distorsiuni neliniare si alte denumiri avand acelasi sens: coeficient de distorsiuni armonice; distorsiuni armonice totale (in engleza- THD- Total Harmonic Distorsion); distorsiuni armonice ( in engleza PHD- Percent Harmonic Distorsion). Amplificatoarele de buna calitate au factorul de distorsiuni nominal mai mic de 0,5 %, la cele de medie calitate el atinge 3 - 4%. Valori peste 10% sunt inacceptabile pentru orice sistem de amplificare.

La marirea semnalului de intrare (Uin) se maresc si puterea de iesire (Pout), curentul de iesire (Iout) si tensiune de iesire (Uout),dar se mareste si factorul de distorsiuni neliniare. Pentru a micsora aceste distorsiuni tensiunea (puterea) debitata de amplificator este artificial redusa, comparativ cu cea maximala posibila.

Prin sensibilitatea unui amplificator se intelege valoarea tensiunii de intrare (sinusoidale) necesare pentru obtinerea unei anumite valori a puterii de iesire. Adeseori producatorii indica valoarea nominala a tensiunii de intrare. Tensiunea de intrare nominala (Uin) este tensiunea de intrare necesara pentru obtinerea tensiunii ( puterii, curentului) de iesire nominale. Se presupune ca reglajul de volum este stabilit in pozitia de maximum, adica amplificarea este reglata la valoarea ei maximala.

Sensibilitatea necesara pentru un amplificator audio este determinata d traductorul folosit la intrare. De exemplu, pentru o doza piezoelectrica ea trebuie sa fi de 250 mV, pentru una magnetica sau pentru microfon, de 3 - 5 mV.

In afara de aparitia distorsiunilor liniare si neliniare, in orice amplificator au loc si alte fenomene care perturbeaza semnalul de intrare. Datorita lor la iesire apare o tensiune diferita de zero chiar si in lipsa semnalului de intrare. Ea se numeste tensiune de zgomot si poate fi privita ca fiind compusa din suma tensiunilor sinusoidale avand toate frecventele posibile (nu numai armonice), inclusiv in gama de frecvente audio. Sursele de zgomot dintr-un amplificator sunt rezistentele (zgomotul termic) si tranzistoarele (zgomotul termic, zgomotul de alice si zgomotul de licarire). Una dintre exprimarile cantitative ale zgomotului unui amplificator consta in indicarea valorii eficace a tensiunii de zgomot la iesire (Uno). Intrucat tensiunea de zgomot creste odata cu cresterea domeniului de frecventa, indicarea valorii tensiunii de zgomot trebuie insotita de precizia domeniului de frecventa in care s-a facut masurarea. In lipsa precizarii, se presupune ca domeniul este egal cu banda de frecvente de trecere a amplificatorului la ±3 dB atenuare.

Tensiunea de zgomot la iesire creste aproximativ proportional si cu amplificarea de tensiune a amplificatorului, de aceea este necesar si precizarea valorii amplificarii pentru care s-a facut masurarea. Astfel informatia despre zgomotul unui amplificator la iesire este prezentata in urmatorul mod: Uno= 230 mV in domeniul de frecventa 10 Hz - 15KHz la o amplificare de tensiune Au- 40 dB.

Pentru micsorarea zgomotului propriu al preamplificatorului, in acesta se folosesc tranzistoare cu zgomot mic si la valori reduse a curentilor si tensiunilor.

Tensiunea echivalenta de zgomot la intrare Uni a unui amplificator este tensiunea care ar trebui aplicata la intrarea lui, in ipoteza ca in interiorul lui nu se produce zgomot, pentru a se obtine tensiunea reala de zgomot la iesire. Ea se obtine prin impartirea tensiunii de zgomot la iesire cu valoarea amplificarii de tensiune a amplificatorului respectiv.

Excursia tensiunii de iesire (sau excursia de tensiune la iesire9 este diferenta dintre valoarea maxima si cea minima ale tensiunii instantanee de iesire. Uneori se adauga precizarea peac- to-peac cu simbolul respectiv al unitatii de masura Up-p.

Prin gama dinamica a unui semnal sonor se intelege raportul dintre intensitatea sonora maxima si cea minima, exprimat in decibeli. Gama dinamica a unei discutii obisnuite este de 15 dB, a zgomotului dintr-un dirou de 30 dB, a unei orchestre mici de 60 db, a unei orchestre simfonice de 70 - 80 dB. Intrucat tensiunea de iesire maxima permisa pentru un amplificator audio este cea normala, iar cea minima este considerata aproximativ egala cu tensiunea de zgomot, gama dinamica a amplificatorului este aproximativ egala cu raportul semnal/zgomot.

Pentru incapsularea preamplificatoarelor audio si a circuitelor de prelucrare a semnalului audio ( corectarea de ton, de volum, drivere de indicatie) se folosesc capsule plastic si ceramice DIL, DIP, iar in ultimul timp si capsule plate miniaturizate SO pentru montarea pe suprafata (Surface Mount Devices-SMD). Mai putin frecvent sunt folosite capsulele metalice TO-99, TO-100.