УНИВЕРСАЛЬНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ СИГНАЛОВ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

Область техники
Полезная модель относится к звукоусилительной технике, в частности к усилителям мощности сигналов звуковой частоты, выполненных по монолитной, дискретной или смешанной технологиям.
Цель полезной модели - расширение эксплуатационных возможностей устройства.
Поставленная цель достигается введением возможности осуществления одноканального режима усиления, что позволит реализовать большее число вариантов подключения громкоговорительной нагрузки, в том числе реализовать схему двойного моста при подключении одного громкоговорителя к объединенным попарно выходам каналов усиления, обеспечивающую четырехкратное увеличение мощности воспроизводимого сигнала, для чего между входами каналов усиления введен первоначально замкнутый выключатель, а оба канала усиления нагружены на один громкоговоритель, подключенный началом своей звуковой катушки к объединенным неинвертирующим выходам каналов, а концом - к объединенным инвертирующим выходам каналов.
Описание аналога
Известен усилитель мощности сигналов звуковой частоты (УМСЗЧ), содержащий два идентичных канала усиления, каждый из которых образован первым усилителем канала, вход которого является входом канала, а выход - неинвертирующим выходом канала, при этом усилитель мощности нагружен на четыре громкоговорителя, которые попарно началами своих звуковых катушек подключены к выходам каналов, другие выводы катушек в каждой паре громкоговорителей подключены один к общему проводу, другой - к свободному выводу громкоговорителя из другой пары [1, с. 209, рис. 7.5].
Указанный вариант подключения нагрузки, состоящей из четырех громкоговорителей, реализует так называемый декодер «Псевдоквадрафонии». При этом на входы двухканального устройства подаются два комплексных сигнала, в которых суммарно-разностным образом закодированы сигналы четырех каналов звукопередачи: левого, правого, центрального и окружения. Подключение к двум выходам устройства четырех громкоговорителей позволяет разложить комплексные сигналы на четыре первоначальные составляющие. Однако известное устройство имеет только два выхода, сигналы которых синфазных друг другу, чем ограничивается число вариантов подключения громкоговорительной нагрузки.
Описание прототипа
Известно усилительное устройство, содержащее два идентичных канала усиления, на входе каждого из каналов расположен фазоинвертор, вход которого образует вход канала усиления, к неинвертирующему выходу фазоинвертора подключен вход первого усилителя канала, а к инвертирующему - вход второго усилителя канала, идентичного первому, причем выход первого усилителя каждого из каналов образует неинвертирующий выход канала усиления, а выход второго усилителя образует инвертирующий выход канала усиления, при этом усилитель нагружен на четыре громкоговорителя, два из которых образуют пару и началами своих звуковых катушек подключены к объединенным неинвертитрующим выходам каналов, два других громкоговорителя образуют другую пару и концами своих звуковых катушек подключены к объединенным инвертирующим выходам каналов, другие выводы катушек в каждой паре громкоговорителей подключены один к общему проводу, другой - к свободному выводу громкоговорителя из другой пары [2].
Известное устройство-прототип обладает двумя выходами в каждом канале усиления, сигналы которых противофазны друг другу. Указанный вариант подключения нагрузки, состоящей из четырех громкоговорителей, реализует декодер «Псевдоквадрафонии» с удвоенной мощностью сигнала в каждом громкоговорителе.
Критика прототипа
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, относятся ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные возможностью работы только в двухканальном режиме усиления, что ограничивает число вариантов подключения громкоговорителей, а значит, не исчерпывает пользовательские потребности при современном разнообразии комплектаций нагрузок звуковоспроизводящих систем профессионального и бытового назначения.
Сущность полезной модели
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в расширении эксплуатационных возможностей устройства.
Указанная задача решается за счет достижения при осуществлении полезной модели технического результата, который заключается во введении возможности осуществления одноканального режима усиления, что позволит реализовать большее число вариантов подключения громкоговорительной нагрузки, в том числе реализовать схему двойного моста при подключении одного громкоговорителя к объединенным попарно выходам каналов усиления, обеспечивающую четырехкратное увеличение мощности воспроизводимого сигнала.
Указанный технический результат достигается тем, что между входами каналов усиления введен первоначально замкнутый выключатель, а оба канала усиления нагружены на один громкоговоритель, подключенный началом своей звуковой катушки к объединенным неинвертирующим выходам каналов, а концом - к объединенным инвертирующим выходам каналов.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленной полезной модели, а определение из числа выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков, позволило определить совокупность существенных по отношению к техническому результату признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «новизна».
Перечень фигур чертежей
На фигуре представлена структурная схема усилителя с подключением варианта нагрузки, реализующего схему подключения одного громкоговорителя с объединением выходов каналов. На схеме фигуры приняты следующие обозначения: 1 - первый канал усиления; 2 - вход первого канала усиления; 3 - фазоинвертор первого канала усиления; 4 - первый усилитель первого канала усиления; 5 - второй усилитель первого канала усиления; 6 - неинвертирующий выход первого канала усиления; 7 - инвертирующий выход первого канала усиления; 8 - второй канал усиления; 9 - вход второго канала усиления; 10 - фазоинвертор второго канала усиления; 11 - первый усилитель второго канала усиления; 12 - второй усилитель второго канала усиления; 13 - неинвертирующий выход второго канала усиления; 14 - инвертирующий выход второго канала усиления; 15 - выключатель, замыкание которого объединяет входы каналов для осуществления одноканального режима усиления.
На фигуре представлен один громкоговоритель с указанием начала и конца своей звуковой катушки, подключенными к объединенным выходам каналов.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем.
На фигуре представлена структура предлагаемого устройства УМСЗЧ, обладающего универсальностью в отношении подключения нагрузки, как в двухканальном режиме усиления, так и в одноканальном режиме, что определяется положением подвижного контакта введенного выключателя 15. Усилитель содержит два полностью идентичных друг другу канала: первый канал 1 и второй канал 8. Каждый канал имеет свой вход (2 или 9) фазоинвертор (3 или 10), первый усилитель канала (4 или 11), второй усилитель канала, идентичный первому (5 или 12) и два выхода: неинвертирующий выход (6 или 13) и инвертирующий (7 или 14). В качестве нагрузки УМСЗЧ используется один громкоговоритель.
Усилитель в одноканальном режиме обеспечивает получение на каждом из своих четырех выходах одинаковых по интенсивности и тождественных друг другу сигналов, имеющих попарно противоположные фазы.
Режимы подключения источников сигнала задаются коммутацией источников к тому и/или иному входу усилителя. При разомкнутом положении выключателя 15 и подаче двух разных сигналов на каждый из входов (2 или 9) формируется двухканальный режим работы - «Двухканальный режим». При разомкнутом положении выключателя 15 и подаче сигнала на вход одного из каналов (2 или 9) формируется одноканальный режим работы - «Одноканальный режим». При замкнутом положении выключателя 15 и подаче сигнала на вход одного из каналов (2 или 9) формируется режим работы - «Параллельный одноканальный режим».
Подключение громкоговорителя между выходами усилителей одного канала, работающих в противофазе (мостовое включение), позволяет удвоить получаемую в нагрузке мощность. Отметим простоту получения мостового включения громкоговорителей в каждом канале предлагаемого устройства, причем плечи моста полностью симметричны и возбуждаются параллельно идентичными, но противофазными сигналами.
При мостовом включении двух отдельных УМСЗЧ или двух усилителей, входящих в двухканальный УМСЗЧ-прототип, обычно используется последовательное возбуждение усилителей, составляющих плечи моста: сигнал с выхода одного усилителя подается на вход другого, при этом один из усилителей должен работать в инверсном включении. Достигается это схемотехническим переводом одного из усилителей в режим работы с инверсией выходного сигнала, при этом также требуется введение дополнительных элементов схемы для достижения симметрии работы плеч моста и т.д. Недостатками работы таких схем является снижение выходной мощности с ростом частоты, а главное - возникновение нелинейных искажений, чего лишен предлагаемый УМСЗЧ в силу использования параллельного возбуждения и наличия полной симметрии плеч моста.
Предлагаемый УМСЗЧ позволяет просто и без снижения качества работы получить мостовое включение не только одного громкоговорителя в каждом канале, но и всех четырех усилителей при работе в режиме параллельного одноканального усиления, работающих на один громкоговоритель, включенный по схеме двойного моста (см. фигуру). В последнем варианте на нагрузке выделяется четырехкратная мощность по отношению к мощности одного усилителя канала.
Из выше изложенного очевидно, что введение возможности осуществления одноканального режима усиления, позволит реализовать большее число вариантов подключения громкоговорительной нагрузки, а значит расширить эксплуатационные возможности устройства.
Таким образом, вышеуказанные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной полезной модели следующих условий:
- устройство, воплощающие заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для использования в усилителях сигналов звуковой частоты, и в частности в усилителях низкой частоты в монолитном исполнении и в усилителях мощности в дискретном исполнении и выполненных по смешанной технологии;
- для заявленной полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели, подтверждена возможность ее осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
- устройство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, способно обеспечить достижение указанного технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Литература
1. Шихатов А.И. Концертный зал на колесах. - М.: МДК Пресс, 2000. - 272 с.: ил. (рис. 7.5, с. 209 - прототип).
2. Патент РФ на полезную модель №164500 (RU 164500 U1). МПК HO3F 3/181 (2006.01). Заявка №2015151781/08, 02.12.2015. Опубликовано: 10.09.2016, Бюл. №25.