bölüm POWER AMPLIFIERS THE SOUND REINFORCEMENT HANDBOOK Power amplifiers 1990 (second editions) by YAMAHA corporation of America and Gary Dacis & Associates Hal Leonard Publishing Corporation 7777 W. Bluemound Road, P.O. Box 13819 Milwaukee, WI 52213 İ çindekiler 12. 1Genelt anı ml ar 1 12. 2Ohm yasasıvei l gi l idenkl eml er 1 12. 2. 1 Vol t aj ,di r ençveakı m 2 12.2.2 Elektriksel güç 2 12. 2. 3Ohm yasasıkar t ı 3 12. 2. 4El ekt r i kselgüçveampl i f i erkazancı 3 12. 3Ampl i f i er ”l ar ı ngüç değer l er i 3 12. 3. 1FTC’ ni nönkoşul l ar ı 4 12. 3. 2Güçbandgeni şl i ği 4 12.3.3 Büyüme hı zıveçı kı şgücü 4 12.3.4 Köpr ül emei şl eml er i 1 12. 3. 5Kı r pı l maef ekt i 1 12.4 Ampl i f i ergücüveSPLar ası ndakii l i şki 2 12. 5Güçampl i f i er ”l ar ıi l el oudspeaker ’l ar ı neşl eşt i r i l mesi 2 12. 5. 1Loudspeakergüçsı nı f l ar ı nı naçı kl aması 3 12.5. 1Di r ençhesapl amal ar ı 3 12. 5. 2Sabi tvol t ajdağı t ı m si st eml er i 3 P O W E R A M P L IF IE R ’L A R 12. 1genelt anı ml ar Au d i og ü ça mp l i f i e r ’ l a r ı ,a u d i os i n y a l i n i ng ü ça r t ı r ı ml a r ıi ç i nk u l l a n ı l a ns i n y a li ş l e me e k i p ma n l a r ı d ı r .S o u n ds i s t e ml e r d e ,g ü ça mp l i f i e r ’ l a r ı ,h e rz aman sinyal zincirinin son a k t i fh a l k a s ı n ı o l u ş t u r u r l a rv el o u n s p e a k e r ’ l a r d a nö n c ey e ra l ı r l a r . Pr o f e s y o n e lk u l l a n ı ml a ri ç i nd i z a y ne d i l e ng ü ça mp l i f i e r ’ l a r ıg ö r ü n ü ml e r ia ç ı s ı n d a n ç o ğ uk e zHi -Fis i s t e ml e ri ç i nü r e t i l e na mp l i f i e r ’ l a ri l eb e n z e r l i kg ö s t e r i r . Ön panelleri, ç o ğ u n l u k l a , s i n y a l g i r i şs e v i y e s i ( l i n e -l e v e l i n p u t )v el o u d s p e a k e rb a ğ l a n t ı s ı i ç i ny ü k s e k ç ı k ı şs e v i y eg ö s t e r g e s i( h i g h -level output) ile a ç / k a p aa n a h t a r ı( p o we rs wi t c h ), d u y a r l ı l ı k( s e n s i t i v i t y )d e n e t i ml e r iv ek i miz a ma nd as e v i y eg ö s t e r g eleri (meters) ile d o n a t ı l ı r .Buk u r a lt ü mü r ü n l e ri ç i ng e ç e r l id e ğ i l d i r ;p r o f e s y o n e la ma ç l ıp e kç o k a mp l i f i e r ’ ı rö np a n e l l e r i n d eb ud e n e t i ml e r d e nb i ry a d ab i r k a ç ıv e y ah i ç b i r i bulunmayabilir. Kü ç ü kv et a ş ı n a b i l i rs e ss i s t e ml e r i n d e ,g ü ça mp l i f i e r ’ l a r ı ,k o l a y l ı ko l ma s ıa ç ı s ı n d a n mi x e ri ç i n ee n t e g r ee d i l mi şd eo l a b i l i r . Bu n l a r ag ü çk a t l ı y a d ag ü ç l e n d i r i l mi şmi x e r ’ l a r (powered mixer) denir. 12. 2Ohm yasasıvei l gi l idenkl eml er Po we ra mp l i f i e r ’ l a r ı ni ş l e v l e r i n it a ma n l a mı y l ak a v r a y a b i l me ki ç i n ,o n l a r ı n ,e l e k t r i ksel gücünün (electrical power) voltaj, direnç (resistance) yada empedans (impedance) ve a k ı m( c u r r e n t )ö z e l l i k l e r ii l eb i r l i k t eö ğ r e n i l me s ik o ş u l d u r .Bui l i ş k i l e rOh my a s a s ıi l e ifade edilir. 12. 2. 1Vol t aj , di r ençveakı m 1 Ş e k i l 1 2 . 1e l e k t r i k s e l p o t a n s i y e l o l a r a k( b u r a d ap i l )b i rEv o l t a j d e ğ e r i k a r ş ı s ı n d ay e ra l a nb i ry ü kd i r e n c i n i( R)g ö s t e r me k t e .Devre g e r ç e k l e ş t i r i l d i ğ i n d e ,Ia k ı mış e k i l d e k iy ö n d ea k a r .Ak ı mı ny ö n ü , e l e k t r o n l a r ı n a k ı ş ı n d ao l d u ğ u g i b i ,y ü k s e kv o l t a j d a n ( y a d a potansiyelden) ,d ü ş ü kv o l t a j a( y a d ap o t a n s i y e l e )d o ğ r ug e r ç e k l e ş i r : d e me ke l e k t r o nh a r e k e t i , “ -”k u t u p t a n“ +”k u t u p ad o ğ r u d u r . De v r e d e ,v o l t a j ,d i r e n çv ea k ı ma r a s ı n d a k ii l i ş k i ,a ş a ğ ı d a k iOh m y a s a s ı i l ei f a d ee d i l i r . Ş e k i l 1 2 . 1Ba s i t DCd e v r e s i I = E/R I =a mp e r c i n s i n d e n , a k ı md e ğ eri E = volt cinsinden, elektriksel potansiyel R = ohm cinsinden, direnç Vo l t a j ı n1vDCv ed i r e n c i n1 0 0o h mo l d u ğ u n uv a r s a y a l ı m.Ak ı md e ğ e r i n i nn eo l d u ğ u n uş u ş e k i l d eb u l a b i l i r i z : I = 1 volt/100 ohm I = .01 amper (A) (=10 mili amper (mA)) Basit bir cebir i l i ş k i s ii ç i n d e ,e l e ma n l a r ı ny e r l e r i n id e ğ i ş t i r d i ğ i mi z d e ,y u k a r ı d a k id e n k l e mi nü ç d e ğ i ş i kb i ç i mi n ed a h au l a ş a b i l i r i z : I = E/R R = E/I E=IR AC ( a l t e r n a t i n gc u r r e n t )d e v r e l e r d e k ie mp e d a n s ı n( i mp e d a n c e ) ,d i r e n ç l e r eg ö r en i c e l i ğ id a h a k a r ma ş ı k t ı r .Emp e d a n s ,a l t e r n a t i fa k ı mak a r ş ık o y mao l a r a ki f a d ee d i l i rv eDC ( d i r e c tc u r r e n t ) d i r e n c ii l ed e v r ee l e ma n l a r ık a r ş ı s ı n d af r e k a n s l ao l a ni l i ş k i s ii l ed o ğ r u d a nb a ğ l a n t ı l ı d ı r ,k ib u n a reaktans (reactance) denir. Emp e d a n ss i mg e s i“ Z”d i rv ed i r e n ç t eo l d u ğ ug i b iOh m Ya s a s ıi l e ifade edilir. AC devrede I = E/Z Z = E/I E=IZ I = amper cinsinden, alternatif/ikiyönlü a k ı md e ğ e r i E = volt cinsinden, elektriksel potansiyel Z = ohm cinsinden, empedans Ş e k i l1 2 . 2d eACv o l t a jk a y n a ğ ık a r ş ı s ı n d a k ib i ry ü ke mp e d a n s ı n ı gösteri y o r .Ak ı my ö n ü n ü ni k it a r a f l ıo l u ş u n ad i k k a te d i n i z .Bu, a l t e r n a t i f a k ı ml ı ( AC) b i rd e v r e d i r . E’ n i n1v( RMS )v eZ’ n i n1 0 0o h mo l d u ğ u n uk a b u le d e l i m.AC a k ı md e ğ e r i , a mp e rc i n s i n d e n 2 I (RMS) = 1 v RMS / 100 ohm = .01 A = 10 mA olur. Ş e k i l 1 2 . 2Ba s i t ACd evre ACd e v r e l e r d ee mp e d a n s , r e a k t a n sd e n i l e nf r e k a n sb a ğ ı ml ı l ı ğ ı i l eb i r l i k t ea n ı l ı r . Au d i od e v r e l e r d e y ü ke mp e d a n s ı n ı nd e ğ e r i ,f r e k a n s ab a ğ l ıo l a r a kd e ğ i ş i r .Eğ e rs i n y a l i nv o l t a j ıs a b i to l u r s a ,y ü k k a r ş ı s ı n d a k ia k ı mg i d e r e kf a r k l ıf r e k a n s l a r an e d e no l a c a k t ı r .Oh m Ya s a s ıg e r e ğ i , a k ı me mp e d a n s i l et e r so r a n t ı l ı d ı r ; e mp e d a n sd ü ş e r s ea k ı my ü k s e l i r( y a d at e r s i ) . 12.2.2 Elektriksel güç El e k t r i k s e lg ü ç( e l e c t r i c a lp o we r ), y ü kd i r e n c iv e y ae mp e d a n s ı n d a nb i re l e k t r i ka k ı mıg e ç t i ğ i n d e o l u ş a ne n e r j i d i r . Gü çd e n k l e mi , Oh mYa s a s ı g e r i ğ i ş ub i ç i md eg e r ç e k l e ş i r : P = EI P= Watt cinsinden, g ü ç d e ğ e r i E = volt cinsinden, elektriksel potansiyel d e ğ e r i Z=a mp e r c i n s i n d e n , a k ı md e ğ e r i Vo l t a j , d i r e n ç( y a d ae mp e d a n s )v ea k ı mi l i ş k i s ii ç i n d e , b ud e n k l e ma ş a ğ ı d a k ib i ç i ml e r d ed eifade edilebilir: P = E 2 / R (yada Z) P = I 2 R (yada Z) Ş e k i l1 2 . 1v e1 2 . 2 ’ y eb i rk e zd a h ab a k a l ı m.Vo l t a jv ed i r e n ç( y a d ae mp e d a n s )b i l g i l e r i mi z d o ğ r u l t u s u n d a , g ü çh e s a p l a r ı n ı y e n i d e ny a p a b i l i r i z . Ş e k i l 1 2 . 1i ç i nv o l t a j d e ğ e r i mi z1vDC, d i r e n c i mi zi s e 100 ohm olsun: P = E2 / R = (1 v) 2 / 100 ohm = .01 watt = 10 mW Ay n ıd e ğ e r l e r iŞ e k i l1 2 . 2i ç i ns e ç t i ğ i mi z d e ,b e n z e rb i ç i md eç ö z ü meu l a ş a b i l i r i z .Buk e zv o l t a j d e ğ e r i RMSc i n s i n d e no l a c a ğ ı i ç i n , Pd e ğ e r i n i nk a r ş ı l ı ğ ı d ao r t a l a ma güç (average power) olacak t ı r . 3 12.2.3 Ohm Yasası çemberi Ş e k i l 1 2 . 3ACv eDCi ç i nOh mYa s a s ı k a r t ı I=a mp e r c i n s i n d e n , ACa k ı md e ğ e r i E = volt cinsinden, AC elektriksel potansiyel Z=o h mc i n s i n d e n , e mp e d a n s d e ğ e r i R=o h mc i n s i n d e n , d i r e n ç d e ğ e r i P= watt cinsinden, güç değ e r i W =w a t t c i n s i n d e n , g ü ç d e ğ e r i Ş e k i l1 2 . 3Oh m Ya s a s ıe ş i t l i k l e r i n ig ö s t e rir. Pasta, dört parametreye a y r ı l mı ş( E, I , Rv eZy a d aR) d ö r t a n ap a r ç a d a no l u ş u r . Yu k a r ı d ah e s a p l a d ı ğ ı mı zö r n e k t e ,y ü kd i r e n c ii ç i n5 0o h m,a k ı m ş i d d e t ii ç i ni s e2 0mA d e ğ e r l e r ii l ei ş l e miy i n e l e y e b i l i r i z .Kart ü z e r i n d e“ P”d i l i mik a p s a mı n d ak a l a na k ı mv ed i r e n çi l i ş k i s i n e b a k ı l d ı ğ ı n d aP = I2 R denklemi bulunur. De ğ i ş k e n l e r iy e r i n e k o y d u ğ u mu zz a ma nP = (.02 A)2 x 50 ohm = .02 W = 20 mW olur. Ş e k i l 1 2 . 4Gü çh e s a b ı i ç i nö r n ek devre S o u n dç a l ı ş ma l a r ı n ı nç o ğ u n d aOh m Ya s a s ık a r t ık u l l a n ı l ı r .Bu k a r tr e f e r a n sn i t e l i ğ i n d e o l d u ğ u n d a n , b e n z e re ş i t l i k l e r i nh e s a p l a n ma s ı a ş a ma s ı n d a , mü h e n d i s l e r i ne l i n i na l t ı n d ab u l u n ma s ı d u r u mu n d ao n l a r ab ü y ü kk o l a y l ı k l a rs a ğ l a r . 12.2.4 Elektriksel güçveampl i f i erkaz ancı Au d i og ü ça mp l i f i e r ’ l a r ı n ı n , a u d i os i n y a l l e r i n ig ü ç l e n d i r me k t ek u l l a n ı l d ı ğ ı n d a ns ö ze t mi ş t i k . Pe k i , b u n u na n l a mı n e d i r ? 4 Ş e k i l 1 2 . 5S i n y a l k a y n a ğ ı , g ü ça mp l i f i e r ’ ı v ey ü kb a ğ l a n t ı s ı i ç i nt i p i kd e v r eş e ma s ı Ş e k i l 1 2 . 5s i n y a l k a y n a ğ ı , g ü ça mp l i f i e r ’ ı v el o u d s p e a k e ra r a s ı n d a k i e l e k t r i k s e l b a ğ l a n t ı n ı n , s i mg e s e l a ç ı d a nt i p i kb i rg ö s t e r i mi d i r .S i n y a lk a y n a ğ ı ,a mp l i f i e rg i r i şe mp e d a n s ı( Z1)k a r ş ı s ı n d as i n y a l v o l t a j ı n ı ( E1) o l u ş t u r u r . Ş ö y l ev a r s a y a l ı m: E1 = 1 v (RMS) Z1 = 10 kOhm (10.000 ohm) Li n et i p i g i r i şy a p ı l d ı ğ ı n d a , s i n y a l g ü c üi ç i nş ue ş i t l i kg e ç e r l i d i r : P = E12 / Z = 12 / 10.000 = .0001 W dBm cinsinden sinyal gücü ise ndBm = 10 log (P1 / 1 mW) = 10 log (10-4 / 10-3) = -10 dBm olur. Ş i md i , g ü ça mp l i f i e r ’ ı n au y g u nv o l t a j k a z a n c ı n d av e 8 ohm emped a n s l ı b i rl o u d s p e a k e rs e ç e l i m: E1 = E2 ve Z2 = 8 ohm Loudspeaker için sinyal güç transferi P = E22 /Z = 12 /8 ohm = 0.125 W o l a c a k t ı r . d Bmc i n s i n d e nl o u d s p e a k e rs i n y a l s e v i y e s i i s eş ö y l e d i r : ndBm = 10 log (0.125 W /10-3 W) = 20.9 dBm Güç ka z a n c ı n ı nh a y l i b ü y ü ko l d u ğ uo r t a d a d ı r . Amp l i f i e rg ü çk a z a n c ı , d Bc i n s i n d e n Av = (Pout dB) –(Pin dB) = 21 dBm –(-10 dBm) = 31 dB. Gö r ü l d ü ğ üg i b i ,g ü ça mp l i f i e r ’ ıs i n y a l iy a k l a ş ı k3 1d Bd ü z e y l e r i n ed e ky ü k s e l t mi ş t i r( o r t a l a ma ç a r p a n ı 1 2 6 0 : 1 ) 5 12.3 Amplifier ’ l ar ı ngüç değer l er i Amp l i f i e r ’ ı ng ü çd e ğ e r i , ö l ç ü ml e n i pu y g u l a n mı şb i ry ü ka l t ı n d a k i g ü c üi l eb e l i r l e n i rv ef r e k a n sa l a n ı ( f r e q u e n c yr a n g e ) i l eb o z u l mad ü z e y i ( d i s t o r t i o nl e v e l ) d e ğ e r l e r i y l eb i r l i k t eb e l i r t i l i r . Ör n e ğ i n , t i p i k b i rp r o f e s y o n e l a mp l i f i e r ’ ı ng ü çö z e l l i k l e r i ( p o we rs p e c i f i c a t i o n )ş ö y l ei f a d ee d i l e b i l i r : Güçç ı kı şdüz e y i( po we ro ut putl e v e l ) :S ü r e k l is i n ü sd a l g a s ı n d a , 20 Hz-20.000 Hz frekans a l a n ı n d a , %0 . 0 5’ d e nd ü ş ü kh a r mo n i kb o z u l ma( Total Harmonic Distortion). Stereo, 8 o h m’ d aher kanal i ç i n…………………………… 240 W S t e r e o , 4o h m’ d ah e rk a n a l i ç i n ……………………………. . 400 W Buö r n e k t eo l d u ğ ug i b i , e ğ e ra l t d e ğ e ro l a r a k4o h mv e r i l i y o r s a , ç ı k ı ş au y g u l a n a c a ky ü k ü nb ud e ğ e r a l t ı n ai n me me s i n ed i k k a te d i l me l i d i r : Bus ı n ı r , a y g ı t ı ng ü v e n l i ç a l ı ş ma s ı i ç i na l ts ı n ı r d ı r . 4o h m’ d a n k ü ç ü kd e ğ e r d e k i y ü k l e rg ü v e n l id e ğ i l d i r . Op t i mu ma k ı ms ı n ı r l a r ı n ı nd ı ş ı n aç ı k ı l ma s ıd u r u mu n d a , ay g ı t ı nb e s l e mek a t ı n ı n( p o we rs u p p l y )ç a l ı ş mas ı n ı r l a r ız o r l a n mı şo l a c a ğ ı n d a n , a ş ı r ıı s ı n mah a t t a bozulma meydana gelebilir. Çı k ı şg ü c üi l ei l g i l i t e k n i kb i l g i l e rb ü y ü kd i k k a t l eo k u n ma l ı d ı r . Ki mi ü r e t i c i f i r ma l a r , ç ı k ı şd e ğ e r l e r i i l ei l g i l i ,y u k a r ı d a k it ü r d e nd e t a y l a r ıb e l i r t me mi şo l a b i l i r l e r .Eğ e rb o z u l mad e ğ e r i( THD) ,b a n d g e n i ş l i ğ i( b a n d wi d t h )v ey ü ke mp e d a n s ıb e l i r t i l me mi şi s e ,oa mp l i f i e r ’ ı ng e r ç e kp e r f o r ma n s ı h a k k ı n d at e o r i kb i rş e ys ö y l e me ko l a n a k s ı z d ı r . Üretici firmalar, kimi zaman ortalama güç (average power) yerine en yüksek gücü (peak power) vermeyi tercih ederler. Bu ,ç o ğ u n l u k l a ,a mp l i f i e rb e s l e mek a t ı n ı ns ı n ı r l a r ı n ay a k ı nd e ğ e r l erde ç a l ı ş t ı ğ ı n ı n , s ü r e k l i o l a r a ky ü k s e ka k ı mç e k i l d i ğ i n i n , h a t t aa n l ı kp e r i y o d l a r d aa ş ı r ı a k ı my ü k l e n me l e r i y a ş a n a b i l e c e ğ i n i nb i ri ş a r e t i d i r . But ü r d e nu y g u l a ma l a r , p r o f e s y o n e l l i ks ı n ı r l a r ı n ı nd ı ş ı n d a d ı r . 12.3. 1FTC’ ni nönkoşul l ar ı Ya k ı nz a ma n ad e k ,t ü k e t i c i l e r ey ö n e l i kü r e t i l e ng ü ça mp l i f i e r ’ l a r ı n d af a r k l ıg ü çd e ğ e r l e r iv e a ç ı k l a ma l a r ıb u l u n ma k t a y d ı .Bu u y g u l a ma l a r ab i rs t a n d a r tg e t i r me ka d ı n a ,f e d e r a lt i c a r e t komisyonu (Federal Trade Commission), tüketici ürünleri için bir dizi kural getirdi. Böylece, güç d e ğ e r l e r ik o n u s u ,b i ra n l a md ab e l i r l is t a n d a r t l a r ab a ğ l a n mı şo l d u .Ge t i r i l e nk u r a l l a r ı na ma c ı , ü r ü n l e r i no l a ğ a nk u l l a n ı mk o ş u l l a r ı a l t ı n d ah a n g i p e r f o r ma n sv e r i l e r i n es a h i po l ma s ı v ee ny ü k s e k ç a l ı ş mas ı c a k l ı k l a r ı n ı nn eo l ma s ı g e r e k t i ğ i k o n u l a r ı n d a , orta kb i ru z l a ş ma y av a r ma k t ı . FTCö n k o ş u l l a r ı , a mp l i f i e r , g ü c ü n ü n1 / 3d e ğ e r i n d ei k e n , y ü ke mp e d a n s ı i ç i nç ı k ı ş l a r ae ş i t d e ğ e r d e d i r e n çu y g u l a n a r a k ,1k Hzs i n ü ss i n y a l ia l t ı n d ab i rs a a tb o y u n c as o r u n s u zç a l ı ş ma s ı n ıö n g ö r ü r . (Tipik olarak, B tipi amplifier devre l e r i ,1 / 3o r a n ı n d ag ü çt e s t i a l t ı n d a , ç ı k ı şt r a n s i s t o r l a r ı ü z e r i n d e ma k s i mu mı s ı n ma y an e d e no l u r . ) Pr o f e s y o n e la mp l i f i e r ’ l a r ı n ,y a s a lo l a r a k FTC’ n i ns ö z k o n u s ue d i l e nö n k o ş u l l a r ı n au y ma z o r u n l u l u ğ ub u l u n ma z .Öt e y a n d a n ,p r o f e s y o n e ls t a n d a r t l a r d aü r e t i l mi şb i ra mp l i f i e r ’ ı n ,b u ö n k o ş u l l a r ı z a t e na ş mı şo l a r a kt ü k e t i c i y es u n u l mu şo l ma s ı b e k l e n i r . Eğ e rb i ra mp l i f i e r , ü r e t i c i t a r a f ı n d a nFTCk u r a l l a r ı g e r e ğ i t e s t t e ng e ç i r i l mi şi s e , b ub i l g i oü r ü n ü n e v r a k l a r ı n d aa ç ı k ç ab e l i r t i l i r .Ör n e ğ i n ,“ FTCp o we rr a t i n g ”b a ş l ı ğ ıa l t ı n d at e s td e ğ e r l e r iv e r i l i r ; h a t t ak u l l a n ı mk i t a p ç ı ğ ı ( ma n u al )v et e k n i kö z e l l i k l e r( t e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n s )k a r t ı n d ad i p n o ti l e a ç ı k l a n ı r . 6 12.3. 2Güçbandgeni şl i ği Gü çb a n dg e n i ş l i ğ i ,a mp l i f i e r ’ ı n ,y ü k s e kç ı k ı şg ü c üv eb ü t ü nf r e k a n sg e n i ş l i ğ ii ç i n d e k id a v r a n ı ş ö z e l l i k l e r i n ii f a d ee d e r .Gü çb a n dg e n i ş l i ğ i ,y u k a r ı d ad e ğ i n i l e nö t e k it e k n i kö z e l l i k l e ri l eb i r l i k t e , ü r ü n ü nt e k n i ky e t e n e k l e r i n i b e l i r l e r ; d o l a y ı s ı y l ao n u np e r f o r ma n s ı k o n u s u n d ab i z i b i l g i l e n d i r i r . Gü çi l ei l g i l ib a n dg e n i ş l i ğ i ,a mp l i f i e r ’ ı nk ı r p ı l maö n c e s ima k s i mu mg ü c üi l eç a l ı ş t ı ğ ın o k t a l a r d a , f r e k a n sy a n ı t ı n ai l i ş k i nt e k n i kb i l g i l e r i n i nb i rb ö l ü mü n üo l u ş t u r u r . Ço ğ u na ş a ğ ı d a k i g r a f i ğ eb e n z e r b i rb i ç i md et a n ı ml a n ı r . Ş e k i l 1 2 . 6Amp l i f i e r g ü çb a n dg e n i ş l i ğ i 7