ΗΧΗΤΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ

ΗΧΗΤΙΚΕΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ & ΥΠΟΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΓΙΑΝΝΗΣ ΜΟΥΡΤΖΟΠΟΥΛΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΟΜΑΔΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΗΧΟΥ & ΑΚΟΥΣΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΝΣΥΡΜΑΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ www.wcl.ece.upatras.gr/audiogroup/

υποσυστήματα-διασυνδέσεις

ηλεκτρικές στάθμες στο ηχητικό σύστημα Ακουστικά υποσυστήματα Ηλεκτρικά υποσυστήματα Ακουστικά υποσυστήματα Ακουστική ανάδραση + Ακουστική πηγή Ακουστικός Χώρος Μικρόφωνο Προενισχυτής Ενισχυτής Ισχύος Μεγάφωνο Ακουστικός Χώρος Δέκτης ή ακροατής Ηλεκτρική πηγή Βοηθητικά συστήματα Προαιρετικά - βοηθητικά υποσυστήματα μικροφωνικό σήμα (mic ή και phono) -80dBm έως -20dBm (77,5V σε 600Ω) σήμα στάθμης γραμμής (line) -20dBm έως +30dBm (24,5V σε 600Ω) σήμα στάθμης ισχύος (power) +30dBm έως

τύποι διασυνδετικών Unbalanced (μη-ισορροπημένη διασύνδεση) Κατάλληλο για μικρά μήκη καλωδιών Μπορεί να εισέλθει θόρυβος Μετάφορα μονοφωνικών σημάτων Γείωση Σήμα

τύποι διασυνδετικών Balanced (ισορροπημένη διασύνδεση) Θηλυκό (είσοδος) Αρσενικό (έξοδος) Pin Λειτουργία 1 Γείωση 2 Σήμα (+) 3 Σήμα (-)

τύποι διασυνδετικών Balanced (ισορροπημένη διασύνδεση) Κατάλληλο για μεγάλα μήκη καλωδίων Απόρριψη θορύβου Μεταφορά στερεοφωνικών σημάτων Διασύνδεση εξωτερικών επεξεργαστών Γείωση Σήμα (-) ή Right ή Return Σήμα (+) ή Left ή Send

Σύνδεση Balanced τύποι διασυνδετικών καλώδιο σήματος + καλώδιο γείωσης καλώδιο σήματος - διασυνδετικό

Σύνδεση Unbalanced τύποι διασυνδετικών καλώδιο σήματος + καλώδιο γείωσης διασυνδετικό

balanced θόρυβος τύποι διασυνδετικών σήμα (+) γείωση σήμα (-) unalanced θόρυβος σήμα (+) διαφορικός ενισχυτής

τύποι διασυνδετικών TRS (jack) RCA

τύποι διασυνδετικών XLR speakon

ηλεκτρικές στάθμες σήματος

z V in in V s z z in s 2 V in Win zin Win in dbm 10 ref (W ) log W Wref 10 3 Watt ηλεκτρικό κέρδος zl Vl Vout Vout zl zout zw 2 V out Wout z l Wout (W out ) dbm 10log W ref z s z out z w καλώδιο πηγή V s z in V in V out V out V l z l ηχείο ενισχυτής V Wout G (W out ) dbm (W in ) dbm 10log 10log W V in 2 l 2 in z z l in (db)

στάθμη (dbm) στάθμες ενίσχυσης SL W = -59 dbm (για 94 db SPL) -65 dbm -14 dbm 50 dbm L P = 88 db SPL ΜΙΚΡΟΦΩΝΟ ΠΡΟΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΗΧΕΙΟ 75 50 G = 50 db G = 64 db 25 0-25 G = 114 db -50-75 -100

Η/Α συστήματα & εγκαταστάσεις

ηχητική εγκατάσταση για συνέδρια & συναυλίες παράδειγμα: Συνεδριακό και Πολιτιστικό Κέντρο Πανεπιστημίου Πατρών σκηνή (πατάρι) ΠΕΔΙΑ ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗΣ ΣΚΗΝΗΣ σκηνή (παρασκήνια) ΠΑΡΑΣΚΗΝΙΑ σκηνή (οροφή) ΗΧΕΙΑ ΣΚΗΝΗΣ ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΕΙΣ FOH STUDIO FOH & ΘΑΛΑΜΟΣ ΘΑΛΑΜΟΣ ΕΛΕΓΧΟΥ

διάγραμμα ηχητικής εγκατάστασης ΣΠΚ παράδειγμα: Συνεδριακό και Πολιτιστικό Κέντρο Πανεπιστημίου Πατρών ΗΧΕΙΑ MONITOR ΣΚΗΝΗΣ MCB ΣΚΗΝΗΣ MCB 12. 1 ch MCB 12. 2 ch MCB 12. 3 ch MCB 12. 4 ch MCB 12. 5 ch 1 12 1 12 1 12 1 12 1 12 1 4 1 4 1 4 1 4 1 4 ΗΧΕΙΑ QMAX STAGE MONITOR ΕIΣΟΔΟΙ ΑΠΟ MCB. 1 4 ch monitor MCB. 2 4 ch monitor MCB 4 ch. 3 monitor MCB 4 ch. 4 monitor MCB. 5 4 ch monitor PATCH BAY 2 x 24ch 8 ch 8 ch SPLITTER 8 ch ΚΟΝΣΟΛΑ 4x12chΘΑΛΑΜΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΗΧΟΥ ΚΟΝΣΟΛΑ 4x12ch FRONT OF HOUSE ΚΟΝΣΟΛΑ 4x12chΜΟΝΙΤΟR ΣΚΗΝΗΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ EPAC 1 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ EPAC 2 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ EPAC 3 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ EPAC 4 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ EPAC 5 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ EPAC 6 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ EPAC 7 ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ EPAC 8 L R L R CONTROLLER FX FX L R L L L C/O ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ EPAC R ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ EPAC R ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ EPAC R L R L L L L L ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ D12 (Qi1) R ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ D12 (Qi1) MCB 1 MCB 2 MCB 3 R ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ D12 (Qi1) R R R ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ D12 (Qi SUB) ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ D12 (Qi-CSA SUB) R R L R L L L L R R R L R ΗΧΕΙΑ QI 1 LINE-ARRAY MID-HIGH ΗΧΕΙΑ R LINE ΗΧΕΙΑ ARRAY QI SUB ΧΑΜ.ΣΥΧΝΟΤΗΤΩΝ L ΗΧΕΙΑ QI-CSA SUB ΧΑΜ.ΣΥΧΝΟΤΗΤΩ L Ν ΗΧΕΙΑ E3 FRONT FILL ΗΧΕΙΑ FRONTFILL

σύστημα για συναυλία παράδειγμα: Συνεδριακό και Πολιτιστικό Κέντρο Πανεπιστημίου Πατρών κονσόλες FOH και monitor και σύνδεση ηχείων monitor μέσω MCB από όπου οδηγούνται τα ηχεία monitor κονσόλα monitor ηχεία ηχεία monitor στη σκηνή.. συνδέσεις στη σκηνή. ενισχυτές για ευκολία, τα κανάλια monitor οδηγούνται στα κουτιά MCB. MCB.. κουτί σύνδεσης FOH patchbay πολλαπλών συνδέσεων σκηνή (πατάρι) σκηνή (παρασκήνια) κονσόλα FOH FOH σκηνή (παρασκήνια) σκηνή (οροφή)

προενισχυτές - μίκτες

προενισχυτές Ενίσχυση σημάτων χαμηλής στάθμης (μικροφωνικά σήματα) Επιλογή ή συνδυασμός σημάτων από πολλαπλές πηγές Επεξεργασία σημάτων και οδήγηση υποσυστημάτων ισχύος οι οικιακοί προενισχυτές βασικά επιλέγουν την πηγή εισόδου οι επαγγελματικοί, συνδυάζουν πολλαπλές εισόδους (μίκτες)

προενισχυτές μετρητικά όργανα λυχνείας οικιακός, stereo κεραίες, RF κεφαλής πικ απ (phono) μουσικών οργάνων

δομή οικιακού προενισχυτή Είσοδος PHONO Κύκλωμα RIAA Έξοδος για ηχογράφηση Είσοδος CD Είσοδος TAPE Κύκλωμα Προενίσχυσης Κύκλωμα Φίλτρων Έξοδος Είσοδος AUX Διακόπτης επιλογής

δομή οικιακού προενισχυτή

2 ΣΤΑΔΙΑ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ ΣΤΑΘΜΗΣ ΓΡΑΜΜΗΣ κυκλώματα προενισχυτών

ΣΤΑΔΙΟ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ PHONO (RIAA) κυκλώματα προενισχυτών

τελεστικοί ενισχυτές Z 2 +V c κέρδος=η(f)=v out / V in = - Ζ 2 / Ζ 1 Z 1 - + V in -V c V out ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΑΡΝΗΤΙΚΗΣ Ανάστροφος ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ (ανάστροφος) Z 1 - +V c κέρδος=η(f)=v out / V in = 1+ Ζ 2 / Ζ 1 + V in Ζ 2 -V c V out ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ Ορθός (ορθός)

τελεστικοί ενισχυτές π.χ. C=2nF 75kΩ Z 2 15kΩ Z 1 - +V c + V in -V c V out ΧΑΜΗΛΟΔΙΑΒΑΤΟ ΦΙΛΤΡΟ (βαθυπερατό φίλτρο)

τελεστικοί ενισχυτές

κονσόλα μίξης ήχου

προενισχυτές (επαγγελματικός) Μικροφώνου Είσοδος 1 Γραμμής Κανάλι εισόδου 1 Προενισχυτής Φίλτρα Προς εξωτερική επεξεργασία Ρύθμιση κέρδους Μικροφώνου Είσοδος 2 Γραμμής... Μικροφώνου Είσοδος Ν Γραμμής Κανάλι εισόδου 2 Κανάλι εισόδου Ν Προενισχυτής Προενισχυτής Φίλτρα... Φίλτρα Προς εξωτερική επεξεργασία Ρύθμιση κέρδους Προς εξωτερική επεξεργασία Ρύθμιση κέρδους Έξοδος ή έξοδοι εξωτερικής επεξεργασίας Αθροιστής.. Ρύθμιση κέρδους εξόδου Είσοδος ή είσοδοι εξωτερικής επεξεργασίας Κανάλι εξόδου 1.. Κανάλι εξόδου Μ (Μ<Ν)

κονσόλες FOH, monitor, studio

ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟ-ΕΝΙΣΧΥΣΗΣ διάταξη καναλιών εισόδου (mono) κέρδος εισόδου από +15 dbu έως +60 dbu επιπλέον κέρδος 20 db ένδειξη phantom power αντιστροφή φάσης επιλογή bypass hi-pass φίλτρου επιλογή απευθείας εξόδου καναλιού ενεργοποίηση phantom power 48V ένδειξη κέρδους > 18 dbu συχνότητα αποκοπής hi-pass φίλτρου 30-400 Hz

διάταξη καναλιών εισόδου (mono) ΣΤΑΔΙΟ ΙΣΟΣΤΑΘΜΙΣΗΣ (EQ) φίλτρο shelving υψηλών συχνοτήτων 1-4 ΚHz επιλογή συχνότητας επιλογή κέρδους περιοχής από +15dB έως -15dB φίλτρο parametric χαμηλομεσαίων συχνοτήτων 75Hz- 1,3 ΚHz επιλογή εύρους ζώνης Q από 0,5 έως 3 επιλογή συχνότητας επιλογή κέρδους περιοχής από +15dB έως -15dB επιλογή εύρους ζώνης Q φίλτρο parametric χαμηλομεσαίων συχνοτήτων 75Hzαπό 0,5 έως 3 1,3 ΚHz επιλογή συχνότητας φίλτρο shelving χαμηλών συχνοτήτων 30-500 Hz επιλογή bypass eq φίλτρων επιλογή κέρδους περιοχής από +15dB έως -15dB επιλογή συχνότητας επιλογή κέρδους περιοχής από +15dB έως -15dB

ΣΤΑΔΙΟ ΒΟΗΘΗΤΙΚΩΝ (AUX) διάταξη καναλιών εισόδου (mono) επιλογή stereo για εξόδους Α1-Α4 επιλογή pre ή post fader για ομάδες εξόδων επιλογή δρομολόγησης σε 8 subgroups 12 ποτενσιόμετρα κέρδους για αποστολή είτε σε FX ή monitor, έως +5dB επιλογή pan και σε mono κεντρικό buss επιλογή pan σε subgroups επιλογή εξόδου σε mono buss επιλογή εξόδου σε stereo buss ρύθμιση pan

διάταξη καναλιών εισόδου (mono) ΠΟΤΕΝΣΙΟΜΕΤΡΟ ΕΞΟΔΟΥ (FADER) σίγαση (mute) κάθε εξόδου ενδειξη στάθμης σήματος ποτενσιόμετρo κέρδους από - έως +10dB ένδειξη επιλογής ομάδας VCA επιλογή χρήσης solo ή ομάδας VCA

ενισχυτές ισχύος

στάθμη (dbm) στάθμες ενίσχυσης SL W = -59 dbm (για 94 db SPL) -65 dbm -14 dbm 50 dbm L P = 88 db SPL ΜΙΚΡΟΦΩΝΟ ΠΡΟΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΕΝΙΣΧΥΤΗΣ ΙΣΧΥΟΣ ΗΧΕΙΟ 75 G = 50 db G = 64 db 50 25 0-25 G = 114 db -50-75 -100

z V in in V s z z in s 2 V in Win zin Win in dbm 10 ref (W ) log W Wref 10 3 Watt ηλεκτρικό κέρδος zl Vl Vout Vout zl zout zw 2 V out Wout z l Wout (W out ) dbm 10log W ref z s z out z w καλώδιο πηγή V s z in V in V out V out V l z l ηχείο ενισχυτής V Wout G (W out ) dbm (W in ) dbm 10log 10log W V in 2 l 2 in z z l in (db)

τιμές κέρδους / αντίστασης εισόδου κέρδος (db) κέρδος (X) RMS out (volt) ισχύς 8Ω (watt) ισχύς 4Ω (watt) 24 24 12,5 19 38 30 32 25 78 156 36 65 50 312 624 40 96 75 702 1406 τύπος οικιακοί, ολοκληρωμένοι high-end επαγγελματικοί z in (Ω) 10Κ 200Κ 600 2M 5Κ 20Κ παλιοί επαγγελματικοί 600

είσοδος έξοδος δομή ενισχυτή ισχύος σήμα στάθμη γραμμής 1Volt, 0,1mA 20Hz 20KHz στάδιο ενίσχυσης σήμα χρόνος προ-οδήγηση (pre-drive) οδήγηση (drive) έξοδος (output) χρόνος τροφοδοσία AC 220 V 50 Hz στάδιο τροφοδοσίας προστασία στάθμη ισχύος 10-100Volt, 30A 20Hz 20KHz AC DC αποθήκη DC χρόνος ενισχυτής ισχύος

δομή ενισχυτής ισχύος

σήμα (πλάτος) τροφοδοσία ενισχυτή ισχύος +Vc έξοδος γραμμές τροφοδοσίας 0 χρόνος -Vc είσοδος

σήμα (πλάτος) τροφοδοσία ενισχυτή ισχύος ψαλιδισμός +Vc 0 χρόνος -Vc

σήμα (πλάτος) τροφοδοσία ενισχυτή ισχύος πτώση τροφοδοσίας +Vc 0 χρόνος -Vc

στάδιο τροφοδοσίας ενισχυτή ισχύος ανόρθωση σταθεροποίηση +Vc + τροφοδοσία DC χρόνος τροφοδοσία AC - 220 V 50 Hz -Vc

στάδιο τροφοδοσίας ενισχυτή ισχύος

είσοδος στάδια ενίσχυσης - ισχύος +Vc προ-οδήγηση (pre-drive) οδήγηση (drive) έξοδος (output) 100V χρόνος + - στάθμη γραμμής 1Volt, 0,1mA 20Hz 20KHz στάθμη ισχύος 10-100Volt, 30A 20Hz 20KHz -Vc -100V

στάδια ενίσχυσης - ισχύος τοπική ανάδραση + - είσοδος ολική ανάδραση έξοδος + -

στάδια εξόδου- ισχύος Εμφανίζονται μεγάλα σήματα και παράγεται ισχύς (> 1 Watt) Απαιτείται γραμμική λειτουργία και χαμηλή THD (< 0.1%) Η a.c. φύση και συνεχής μεταβολή πλάτους του ηχητικού σήματος, δημιουργεί απώλειες σε θερμότητα

απώλεια στα στάδια εξόδου +V cc -V cc έστω V cc =+/- 100 V, R L =8Ω t 1 time π.χ. στο t 1, V out =40V, I out =5A (W out =200W στο φορτίο) Άρα τα υπόλοιπα 60V και 5Α (300W σε θερμότητα)

στάδια εξόδου (σύνοψη) Τάξη Α Τάξη Β Τάξη ΑΒ

στάδιο εξόδου Τάξης-Α (σύνοψη) Το στάδιο εξόδου Τάξης-Α είναι ένας απλός ενισχυτής ρεύματος Εμφανίζει πολύ χαμηλή απόδοση (θεωρητικά 25%, στην πράξη περίπου 10 %) Είναι κατάλληλο μόνο για εφαρμογές χαμηλής ισχύος Για παραγωγή υψηλής ισχύος απαιτούνται άλλες λύσεις

γιατί είναι η απόδοση της Τάξης-Α χαμηλή; d.c. ρεύμα πόλωσης απαιτείται για να καλυφθούν τα συμμετρικά a.c. ρεύματα για σήματα ήχου Ένα τρανζίστορ άγει μόνο σε μία διεύθυνση, αλλά για όλο τον κύκλο του σήματος, ακόμη και σε απουσία σήματος 75% τουλάχιστο της ισχύος τροφοδοσίας χάνεται σε θερμότητα Απαραίτητο να εξαλειφθεί η ανάγκη πόλωσης.

στάδιο εξόδου Τάξης-Α

στάδιο εξόδου Τάξης-Α Το τρανζίστορ άγει σε όλο τον κύκλο του σήματος Το Q 1 λειτουργεί σαν ακόλουθος εκπομπού με ρεύμα πόλωσης που παρέχει το Q 2 Μέγιστη θετική τάση εξόδου εξαρτάται από την τάση κορεσμού του Q 1 Μέγιστη αρνητική τάση εξόδου εξαρτάται είτε από τον κορεσμό του Q 2, είτε από την αποκοπή του Q 1 (εξαρτάται από R L και I)

load_power P L supply_power P S απόδοση ενισχυτή Τάξης-Α P L 1 2 V o 2 R L V o average voltage P S 2 V CC I 1 4 I R L V o 2 V CC 1 4 V o I R L V o V CC V o V CC V o I R L maximum efficiency is obtained when V o V CC I R L

στάδιο εξόδου Τάξης-Β (ιδανικό κύκλωμα) Τα Q 1 και Q 2 λειτουργούν σαν μη-πολωμένοι ακόλούθοι εκπομπού: το Q 1 npn τρανζίστορ θα στείλει ρεύμα όταν η είσοδος είναι θετική το Q 2 pnp τρανζίστορ θα τραβήξει ρεύμα όταν η είσοδος είναι αρνητική Άρα, γωνία αγωγής κάθε τρανζίστορ είναι 180 0 Τα ρεύματα συνδυάζονται στο φορτίο Για μηδενική είσοδο, κανένα τρανζίστορ δεν άγει η απώλεια ισχύος για κατάσταση ηρεμίας είναι μηδενική

ρεύματα ενισχυτή Τάξης-Β I in time I C1 time I C2 time I out time

απόδοση ενισχυτή Τάξης-Β Μέση ισχύς από την τροφοδοσία: P V I ve S C1 A sin() I C1 A/R L 0 2 φάση, I 2 1 1 A C1 I C1 d sin d 2 2 R 0 0 L A R L P ve VS A R L

Λόγω συμμετρίας, η ισχύς που καταναλώνεται από την +ve και ve γραμμή τροφοδοσίας θα είναι ίση και άρα, συνολικά: L S ve ve ve S R A V P P P P 2 2 Ισχύς που μεταφέρεται στο φορτίο: L L L out L R A R t A R v P 2 sin 2 2 2 2 Απόδοση: S S L L S L V A A V R R A P P 4 2 2 2 78.5% 4 / NB. V S A απόδοση ενισχυτή Τάξης-Β

απώλεια σε θερμότητα ενισχυτή Τάξης-Β Για την επιλογή των τρανζίστορ εξόδου, θα πρέπει να υπολογισθεί και η ισχύς που χάνεται σε θερμότητα: L L S L S D R A R A V P P P 2 2 2 Υπολογίζεται η μέγιστη τιμή του P D για να επιλεγούν τα τρανζίστορ και οι ψύκτρες

Power [W] απώλεια σε θερμότητα ενισχυτή Τάξης-Β π.χ. για V S = 15 V, R L = 100Ω 1.5 1 P L P S P D P S 2V S A R L 0.5 P L A 2R 2 L 0 0 5 10 15 Peak Output Amplitude, A [V]

P D εξαρτάται από το A, 0 d d A P D μέγιστο για: L L S D R A R A V P 2 2 2 L S L S L S D R V R V R V P 2 2 2 2 2 2 (max) 2 2 4 0 2 L L S R A R V A 2V S απώλεια σε θερμότητα ενισχυτή Τάξης-Β

απόδοση ενισχυτή Τάξης-Β Μέγιστη απόδοση Τάξης-Β είναι 78.5% (πολύ μεγαλύτερη του 25% της Τάξης-Α). Στην πράξη η απόδοση είναι της τάξης του 40% (σε σχέση με 10%). Αντίθετα της Τάξης-Α, οι απώλειες εξαρτώνται από το πλάτος του σήματος εισόδου. Δεδομένης της χρήσης 2 τρανζίστορ εξόδου, οι απώλειες κατανέμονται αναλόγως

παράδειγμα ενισχυτή Τάξης-Β Σχεδιασμός για ενισχυτή Τάξης-Β που θα παράγει μέχρι 25 W σε φορτίο 4Ω P L 25 2 A 2R L 25 A 14.1V Τάσεις γραμμών τροφοδοσίας θα πρέπει να είναι μεγαλύτερες του A max και έστω V s = 15V P D 2V 2 R 2 S max 11.4 W 25.7 W L

παράδειγμα ενισχυτή Τάξης-Β Καθένα από τα τρανζίστορ εξόδου θα πρέπει να μπορούν άνετα να απάγουν μέχρι 5.7 Watts. Έστω επιλέγονται τα TIP120 & TIP 125: T J JA T P A JA T P D T T Dmax A J max J JA P D T A 5.7 JA με q JC = 1.92 C/W CA JA JC JA 20 25 150 22 C/W CA C/W 1.92 CA Άρα απαιτούνται είτε 2 ψήκτρες με θερμική αντίσταση λιγότερη από 20 C/W, είτε μία με λιγότερη από 10 C/W

παράδειγμα ενισχυτή Τάξης-Β - ψύκτρες Διαστάσεις: 50mm x 50mm x 9.5mm Συνδέεται σε 2 τρανζίστορ Θερμική αντίσταση: 6.5 C/W Κόστος: 1 Ευρώ (περίπου)

παραμορφώσεις διάβασης (Cross-Over) ενισχυτή Τάξης-Β Μία μικρή τιμή τάσης στην βάση του εκπομπού είναι απαραίτητη Το Q 1 στην πράξη άγει για v in > 0.7 V Το Q 2 για v in < -0.7 V Για 0.7 > v in > -0.7, η έξοδος είναι μηδενική Άρα, μή-γραμμική είσοδος / έξοδος

παραμορφώσεις διάβασης (Cross-Over) ενισχυτή Τάξης-Β v out v out v in V BE -V BE +V BE v in v out v in V BE

συμπεράσματα για ενισχυτές Τάξης-Β Στάδια εξόδου Τάξης-Β είναι πολύ πιο αποδοτικά από αυτά της Τάξης-Α (78.5% σε σχέση με 25%) Χρειάζονται διπλάσιο αριθμό τρανζίστορ και δεν λειτουργούν τελείως γραμμικά, αφού παραμορφώσεις διάβασης μπορεί να είναι μεγάλες

ενισχυτές Τάξης Α-Β Η παραμόρφωση cross-over μπορεί να εξαλειφθεί με πόλωση των τρανζίστορ με κάποιο μικρό μη-μηδενικό ρεύμα Η τάση πόλωσης V BB εφαρμόζει μεταξύ του Q 1 και Q 2 για V in =0, V out =0 και τάση V BB /2 εφαρμόζει μεταξύ βάσης και εκπομπού Η V BB επιλέγεται έτσι ώστε να επιτυγχάνεται η επιθυμητή τιμή ρεύματος ηρεμίας I Q

ενισχυτές Τάξης Α-Β I C1 Το ένα τρανζίστορ άγει για γωνία μεγαλύτερη των 180 0 (για τον θετικό κύκλο) Το άλλο τρανζίστορ άγει για γωνία μικρότερη των 180 0 (για τον αρνητικό κύκλο) I C2 για V in =0, το ρεύμα ηρεμίας I Q προκαλεί απώλεια σε θερμότητα I out Συμβιβασμός πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων Τάξεων-Α και Β. time

σχέση εισόδου / εξόδου ενισχυτή Τάξης Α-Β

ψηφιακοί ενισχυτές ισχύος

ψηφιακοί ενισχυτές Τάξης -D

400 Watt, stereo ψηφιακοί ενισχυτές Τάξης -D 20 Watt, stereo 200 Watt, stereo 200 Watt, stereo

ψηφιακοί ενισχυτές Τάξης -D σχεδόν ιδανική απόδοση (~ 90%) χαμηλές απώλειες σε θερμότητα εύκολη τροφοδοσία χαμηλή κατανάλωση μικρό μέγεθος ψηλή ταχύτητα διακοπτικών στοιχείων αλλιώς, παραμορφώσεις ή περιορισμούς εύρους απόκρισης

δομή ψηφιακών Γενική Μορφή ενισχυτών Ψηφιακού Τάξης Ενισχυτή -D Γέφυρα MOSFET Ψηφιακό ή αναλογικό ηχητικό σήμα Διαμορφωτής PWM +V LPF -V Διαμόρφωση ψηφιακών ηχητικών δεδομένων σε παλμικό σήμα Έλεγχος βαθμίδας διακοπτικών στοιχείων Εφαρμογή εξόδου σε μεγάφωνο, μέσω χαμηλοδιαβατού φίλτρου

δομή ψηφιακών ενισχυτών Τάξης -D

διαμόρφωση PWM για ενισχυτές Τάξης -D

απευθείας ψηφιακή Ψηφιακή διαμόρφωση Διαμόρφωση PWM Δυαδικό PCM Σήμα (Ν=2) Δυνατές PCM Στάθμες 0 0 0 1 1 0 1 1 1 2 3 4 Tριγωνικός Φορέας PWM Παλμοί περίοδος δειγματοληψίας (ρολόϊ) PWM T p 2 x 2 2-1 σημεία 2 2 T s N 1 περίοδος δειγματοληψίας PCM

διαμόρφωση PWM για ενισχυτές Τάξης -D

προβλήματα ενισχυτών τάξης D μη-γραμμικότητες διακυμάνσεις, επιστροφή ρευμάτων μη-γραμμικότητες ηχητικό σήμα καθυστέρηση έγερσης (dead-time) πεπερασμένο R DS(on) επαναφορά διόδων και παρασιτική χωρητικότητα

φίλτρο σταδίου εξόδου ψηφιακών ενισχυτών Rload Lload Butterworth Zobel Φίλτρο Butterworth, 4 ης τάξεως, f -3dB 30KHz, -80 dβ/dec Φίλτρο Zobel για αντιστάθμιση μεγαφώνου

φίλτρο σταδίου εξόδου ψηφιακών ενισχυτών

παράδειγμα ενισχυτή Τάξης-D (2 x 200 watt / 4 Ω)

Audio Group, Wire Communications Laboratory Electrical & Computer Engineering Department University of Patras http://www.wcl.ece.upatras.gr/audiogroup/