|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ УМЗЧ без загального зворотного зв'язку. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Підсилювачі потужності транзисторні Пропонований УМЗЧ побудований без загального зворотного зв'язку. Неодноразово, порівнюючи методом прослуховування, якість різних транзисторних УМЗЧ з ООС, доводилося замислюватися над тим, як покращити їхню здатність передавати повністю сценічний образ, а локалізацію джерел зробити природнішою. Результатом пошуків у цьому напрямі стали схемотехнічні рішення УМЗЧ, у яких або ООС відсутня, або місцева. На мою думку, є дві головні причини порушення природності музичного образу. По-перше, це внесення сигнал фазових спотворень і розширення спектра спотворень в УМЗЧ з 00С - передачі звуку яскравіше чи м'якше важливий баланс між гармоніками. По-друге, контроль напруги сигналу, що підводиться до гучномовця, представляється як "насильство" над акустичною системою. Адже спочатку під час запису фонограм звук сприймається як рівень тиску, тобто. як потужність в її інтегральному обчисленні. І відповідно під час відтворення фонограм підсилювач зобов'язаний передавати потужність сигналу, а чи не тільки миттєві значення струму чи напруги. При цій умові вносяться менші спотворення у вихідний сигнал, що дуже сприятливо відбивається на точності передачі сценічного образу. Технічні параметри своїх УМЗЧ я перестав вимірювати п'ять років тому, оскільки при багаторазових прослуховуваннях підсилювачів, що виготовляються на замовлення, ніхто не віддавав переваги тим чи іншим технічним параметрам. Головний критерій - суб'єктивна оцінка властивостей кожного підсилювача, а те, що підсилювачі за цим критерієм можуть суттєво відрізнятися, відомо, мабуть, усім! Так ось, з урахуванням суб'єктивних оцінок властивостей УМЗЧ запропонований варіант виявиться відмінною заміною багатьом промисловим підсилювачам. Повторюваність конструкції перевірена на чотирьох зразках подібного підсилювача стереофонічного. Основні технічні параметри
Максимальна потужність на навантаженні опором 4 Ом лімітована пристроєм захисту струму. Для контрольного прослуховування з цим підсилювачем були використані програвач компакт-дисків DENON DVD 700 та акустична система Monitor Audio Silver 81, у контрольному тракті використано підсилювач ARCAM "Diva A-75S". При відтворенні фонограми з компакт-диска "Темна сторона Місяця" (Pink Floyd) фантомний гелікоптер піднявся на метр над акустичною системою і робив політ над нею, а не з одного гучномовця в інший, як це зазвичай буває з більшістю підсилювачів. Сценічні та музичні образи концертних записів також передаються досить природно.
Про схему підсилювача Схема одного каналу УМЗЧ показано на рис. 1. Вхідний каскад - диференціальний на транзисторах VT1, VT5 та VT2, VT6 із джерелами стабільного струму на VT3, VT4. Далі слідує підсилювач напруги з транзисторами VT7, VT9, VT11 і VT8, VT10, VT12, особливість якого полягає в тому, що транзистори не насичуються при максимальній амплітуді вихідної напруги завдяки діодам VD3, VD4. У режимі амплітудного обмеження по напрузі вихідного сигналу струм бази транзисторів підсилювача напруги VT7, VT9, VT11 та VT8, VT10, VT12 обмежується, і вони працюють у режимі, що виключає режим насичення. Тим самим було забезпечено відсутність затримки виходу з обмеження вихідного сигналу напруги живлення. Транзистори включені паралельно збільшення струму управління затворами вихідних транзисторів. Це дозволило отримати з виходу УМЗЧ на навантаженні 8 Ом максимальну амплітуду, що відповідає 30 ефф. неспотвореного синусоїдального сигналу частотою до 200 кГц (максимальна частота генератора). З виходу підсилювача напруги через дільник R15R17R18 діє сигнал зворотного зв'язку. Як видно за схемою, в підсилювачі повністю відсутні коригувальні конденсатори. Це стало можливим тому, що вихідний каскад виключено із ланцюга зворотного зв'язку та стійкість підсилювача різко зросла. Вихідний каскад – це повторювач напруги, виконаний на комплементарних польових транзисторах фірми HITACHI. Він відрізняється однаковим вихідним опором та симетричними гармонійними спотвореннями для сигналу позитивної та негативної полярності. Більшість комплементарних транзисторів розрізняються за багатьма, в тому числі і динамічними параметрами. Тому підсилювачах без загальної ООС виникає виражена асиметрія нелінійності, особливо у високих частотах; на найнижчих вона пов'язана з різними термодинамічні властивості транзисторів. Навпаки, однотактний підсилювач має майже рівний спектр гармонік в обох частинах амплітудної характеристики (для напруги сигналу негативної та позитивної полярності), хоча чисельне значення цього параметра часто більше 1% - і при цьому гарне звучання! У цьому підсилювачі мною застосовано схемотехнічне рішення, при якому в двотактному вихідному каскаді будь-якої миті часу працюють два транзистори різної провідності з однаковим струмом стоку. Воно дозволило зблизити спектри гармонік для сигналів на різних ділянках амплітудної характеристики, і досягнуто без мостової схеми каскаду. Ще трохи про неявні суб'єктивні уподобання. Підсилювач із загальної ООС сприймає реактивні збурення навантаження, і навіть зовнішні акустичні на рухому систему головки гучномовця, контролюючи напруга на виході. На практиці звуковідтворення з таким підсилювачем нерідко виражається "порожнім" простором звукової сцени між гучномовцями та її центром. Було проведено простий експеримент. Послідовно з гучномовцями АС були включені резистори опором, приблизно рівним половині їхнього імпедансу, після чого проводилося прослуховування з підсилювачем при загальній ООС тих фонограм, де найбільш яскраво проявляються "провали" в звуковій сцені. Результат прослуховування підтвердив припущення: такий ефект значно помітніший із підсилювачем із загальною ООС без додаткових резисторів. Пропонований вихідний каскад забезпечує низький коефіцієнт демпфування Kд=Rн/Rвихтут вихідний опір дорівнює 2 Ом. Це стало можливим за рахунок послідовного включення транзисторів вихідного каскаду, і в результаті крутість еквівалентного потужного транзистора зменшилася вдвічі. Таке вихідне опір за відсутності загальної ООС дозволило поліпшити локалізацію віртуальних джерел звучання, а цього необхідно максимально правильно передати фазу сигналу. У цьому важливого значення має швидкість наростання вихідного сигналу. На підставі вимірювання реальних параметрів динамічних високочастотних головок отримані наступні результати: Rк=4.5-12.2 Ом; Lk=0.16-0.33 мГн. Для найбільш високочастотної головки конкретні значення відповідають постійному часу t=Lk/Rk=0.00027 Гн/12.2 Ом = 0.000022, а частота зрізу такого перетворювача fср=ω/2π=7191 Гц. Вище цієї частоти динамічна головка працює як ФНЧ і вносить в сигнал помітні фазові спотворення. Розробники АС приділяють особливу увагу підбору динамічних головок та фільтрів з однаковими параметрами. Для того, щоб підсилювач не надавав істотного впливу на частотні властивості тракту звуковоспроизведения, його максимальна робоча частота повинна перевищувати частоту зрізу ВЧ головки на порядок - в даному випадку 71910 Гц, а швидкість наростання SR = 29,3 В/мкс при 65 В. Підрахуємо необхідну максимальну швидкість наростання вихідного сигналу для варіанта підсилювача з максимальною вихідною напругою 65 В та максимальною робочою частотою 24100 Гц (частота зрізу ФНЧ програвачів аудіокомпакт-дисків з ЦАП без підвищення частоти дискретизації): SR'=2πfМаксUнагр= 2 * 3.14 * 24100 * 65 = 9.8 В / мкс. Підсилювач забезпечує швидкість наростання вихідного сигналу не менше SR=2*3.14*200000*(30*1.41)=53 В/мкс. Таким чином, підсилювач здатний працювати з АС, що має розширену АЧХ (понад 20 кГц). Висока температурна стабільність вихідного каскаду не вимагає застосування заходів для додаткової стабілізації струму спокою, з активним навантаженням його АЧХ лінійна до 200 кГц. Схема вузла захисту АС – класична та багаторазово перевірена. При подачі живлення діє затримка підключення навантаження на 10 с (її можна змінити підбором резисторів R32, R33). За наявності постійної складової на виході підсилювача більше ±0,6 відбувається відключення навантаження розмиканням контактів реле. При вимиканні живлення відбувається відключення АС протягом 0,2 с. Захист від струмових перевантажень в підсилювачі заснований на обмеженні струму стоку потужних транзисторів через обмеження напруги на затворах стабілітронів і діодів VD13, VD14 і VD15, VD16; таким чином, максимальний струм через вихідні транзистори не перевищує 7 А. Слід врахувати, що ці елементи можуть вносити спотворення на частотах вище 100 кГц, тому без потреби встановлювати їх не рекомендується. В описі транзисторів зазначено наявність вбудованого двоанодного стабілітрона в ланцюгу затвор-витік на 15 В, це дозволяє захистити затвор від пробою при більш високих амплітудах напруги, що управляє. Коефіцієнт посилення напруги холостого ходу підсилювача Ku=1+(R17/2R15)=51(34 дБ).
(Натисніть для збільшення) Конструкція підсилювача Конструктивно підсилювач виконаний на платі розмірами 160x100 мм. Креслення друкованої плати та розташування елементів показано на Мал. 2. На платі розташовані всі елементи підсилювача та випрямляч блоку живлення. До неї підведені дроти ланцюгів живлення та навантаження, а також вхідний ланцюг. Транзистори притискають до тепловідведення безпосередньо через плату. Таке рішення застосовується мною у своїх конструкціях понад 10 років. Це дозволяє зробити всі зв'язки мінімальними. Як тепловідведення використовується будь-яка рівна металева поверхня, наприклад, корпусу; розташування та кріплення самої плати також не викликає труднощів. Слід звернути увагу на те, що загальний провід вхідного ланцюга не з'єднаний на платі із загальним проводом блока живлення. Це зроблено для того, щоб можна було з'єднати загальні дроти відповідних ланцюгів у загальній точці (зіркою) багатоканальної системи з метою зменшення рівня перешкод. За відсутності такої необхідності можна зробити наплавну перемичку між точкою виведення контакту Х2 і розташованим поруч провідником загального проводу. Попередній підсилювач живиться від окремого джерела напругою, що перевищує на 10...25 напруга живлення вихідного каскаду. Це забезпечує більш повне використання напруги та усуває проникнення вихідного сигналу в інші каскади по ланцюгах живлення. У вихідному каскаді можна залишити по одному транзистору, у цьому випадку вихідний опір підсилювача стане 1 Ом, при цьому слід або зменшити кількість діодів у ланцюзі зміщення до трьох або чотирьох, або включити паралельно по два транзистори в плече тоді вихідний опір підсилювача стане рівним 0,5 ,14 Ом і максимальний вихідний струм зросте до 8 А. При цьому знову-таки слід зменшити кількість діодів у ланцюзі зміщення до трьох або чотирьох. Для випадків паралельного чи послідовного включення вихідних транзисторів на платі є місця для перемичок з боку монтажу, вони просто замикаються наплавленням припою відповідно до обраної схеми з'єднань. Напруга живлення вихідного каскаду для роботи на навантаження 2 Ом – не більше 70х190 В при потужності у навантаженні до 4 Вт; для 2 Ом – 40x100 В при потужності до 4 Вт. При паралельному включенні двох транзисторів у плечі потужність на навантаженні 350 Ом досягає 2 Вт при напрузі живлення 65x2 В. Вказаним на схемі максимальним значенням змінної напруги від обмоток мережевого трансформатора відповідають напруги 40x2 В для живлення вихідного каскаду і трохи менше 70x. При послідовному включенні польових транзисторів суб'єктивний результат прослуховування був сприятливим, і було зазначено, що характер звучання має особливості, властиві ламповим підсилювачам. Паралельне включення потужних транзисторів особливо корисно застосовувати в підсилювачі сабвуферного каналу з гучномовцем закритого типу, що має малий час затримки - звучання такого сабвуфера акуратно доповнює звукову сцену. По одному транзистору в плечі я застосовував лише у своїх підсилювачах; їхня висока якість дозволила зайняти чотири призові місця (з них два перші) на змаганнях з автозвуку в 1992р. Після складання плати слід встановити струм спокою вихідного каскаду набором необхідної кількості діодів у ланцюзі VD5-VD12. Для цього достатньо подати харчування на попередній та вихідний каскади. Транзистори вихідного каскаду слід притискати до тепловідведення через теплопровідний електроізоляційний матеріал. У ланцюзі зміщення для простого та паралельного каскадів можна залишити два діоди та чотири - для послідовного. Після цього збільшенням їхнього числа встановлюють обраний струм спокою. Для прояву нюансів відтворення рекомендую вибрати струм спокою в інтервалі 200...500 мА, це залежить від площі тепловідведення, що застосовується, і ефективності його охолодження. Будь-яких додаткових заходів для стабілізації струму спокою не потрібно. Точка нечутливості до зміни температури кристала виявляється при струмі спокою близько 100 мА та напрузі затвор-витік 0,6 В. Після встановлення струму спокою необхідно мінімізувати постійну напругу на виході підсилювача. Оскільки в ланцюгу зворотного зв'язку немає жодного конденсатора, посилення для змінної та постійної напруги дорівнює. Наслідком цього може бути невелика постійна напруга на виході підсилювача. Практика показала, що на виході такого підсилювача зустрічається лише позитивна напруга до 1,5 В. Для підстроювання режиму слід вимкнути запобіжники у ланцюзі живлення вихідного каскаду і подати живлення на попередній підсилювач. Балансування каскаду проводять вибором місця з'єднання верхнього за схемою виведення резистора R17 з діодами VD5-VD12 ланцюга усунення: чим нижче за схемою буде обрана точка перемикання діодів, тим більше компенсація постійної складової. Вимірюючи мультиметром напруги на колекторах транзисторів VT11 і VT12 щодо загального дроту, досягають їх рівності за модулем. Для такого налаштування на платі передбачена установка наплавних перемичок, коли краплею припою замикають вибрані провідники в потрібному ланцюзі (це можна зробити тільки при знятій з тепловідведення платі). Але резистор R17 можна припаяти і з боку деталей до висновку одного з діодів, не знімаючи плати з тепловідведення, а струм спокою коригувати, замикаючи на платі діоди шматочками дроту з боку елементів. У цьому регулювання підсилювача закінчується. На вході підсилювача можна встановити розділовий конденсатор С16 ємністю 1 мкФ (показаний тільки на платі), наприклад групи К73-17, але в стаціонарних музичних центрах зазвичай цього не потрібно. Реле, що встановлюється на друкованій платі, - WJ113A, WJ113-2C на напругу 12 або 24 або інше схожої конструкції на струм не менше 16 А, наприклад, фірми TTI. Діоди в ланцюзі усунення можна ставити будь-які високочастотні. Вітчизняні стабілітрони також застосовні, наприклад, КС215Ж, КС218Ж, КС515Г, КС509А-КС509В. Всі деталі, застосовані в підсилювачі (крім вихідних транзисторів), вільно продаються в багатьох фірмах, що торгують радіодеталями. Документацію на вихідні транзистори у форматі PDF можна легко знайти в Інтернеті на сайтах вітчизняних компаній із продажу радіодеталей. Автор: А. Григор'єв, м. Томськ. Радіо №1, 2007р.; Публікація: cxem.net
Пастка для комах
01.05.2024 Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі
01.05.2024 Застигання сипких речовин
30.04.2024
▪ Військова електроніка з маркуванням ДНК ▪ Нові цифрові контролери Freescale ▪ Радіотелескоп FAST займеться пошуком екзопланет із магнітним полем ▪ Мікросхема Toshiba TC7766WBG
▪ розділ сайту Шпигунські штучки. Добірка статей ▪ стаття Притягнути за вуха. Крилатий вислів ▪ стаття Чому волинку тягнуть? Детальна відповідь ▪ стаття Їжовник. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Види контактних з'єднань. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page