Усунення ефекту транзисторного звучання потужних УМЗЧ. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Підсилювачі потужності транзисторні

 Коментарі до статті

Затяті меломани, музиканти та звукорежисери давно помітили, що існує різниця у звучанні потужних лампових та транзисторних підсилювачів ЗЧ. Щодо виміряних значень своїх параметрів, транзисторні підсилювачі не поступаються, а іноді і перевершують лампові. Але при прослуховуванні транзисторних УЗЧ нерідко виникає так зване "транзисторне звучання". Воно проявляється у спотворенні природного тембру музичних інструментів і може бути лаконічно охарактеризовано як втрата природної "легкості" звучання, недостатня "прозорість" звуку, а також специфічне відтворення ВЧ-складових сигналу, що виражається у відчутті їхнього "важкого" проходження через звуковідтворювальний тракт.

Проведені дослідження показали, що цей ефект у різних підсилювачів того самого класу проявляється зовсім не однаково. Дослідники класифікували підсилювачі, упорядкувавши їх у порядку погіршення звучання та посилення "транзисторного звуку". У результаті російські фахівці констатували: поява "транзисторного звуку" пов'язана з коефіцієнтом нелінійних спотворень, із застереженням, що всі інші параметри підсилювачів однакові. Цей висновок підтверджується результатами, отриманими рядом західних дослідників [1-3], що показують сильний вплив нелінійності амплітудної характеристики, оціненої коефіцієнтом нелінійних спотворень сигналу. Слід зазначити, що на якість звуковідтворення негативно впливають не лише нелінійні спотворення. У значно більшою мірою це пов'язано з комбінаційними складовими спектра сигналу, що виникають з нелінійності амплітудної характеристики при одночасному посиленні сигналів з різним частотним спектром [4].

При дослідженнях комбінаційних складових використовувалися рекомендації МЕК для виміру про " TIM - спотворень " (Transient Inlermodulation Distortion). На вхід підсилювачів подавалися сигнали з частотами 3,18 і 15 кГц з однаковою амплітудою, що забезпечує вихідну потужність з рівнем менше номінального на 3 дБ.

Результати випробувань підтвердили теоретичні припущення про те, що вихідний сигнал у транзисторних підсилювачів багатший гармоніками (спостерігається наявність приблизно 11 гармонік), ніж у лампових (спектр налічує до 5 гармонік), що впливає на суб'єктивне сприйняття звукової картини. Крім того, виявилося, що спектр комбінаційних частот транзисторних підсилювачів "щільніший", ніж у лампових. Ці особливості у спектрі гармонік та комбінаційні складові є, на думку авторів, одними з основних причин появи “транзисторного звучання”.

Зі сказаного вище очевидний висновок про те. що норми коефіцієнта нелінійних спотворень (Кни) лампових підсилювачів непридатні для транзисторних УМЗЧ. Для них допустимі Кни повинні бути значно меншими. Те саме справедливо і для коефіцієнта інтермодуляційних спотворень. Передбачаючи труднощі цілеспрямованого на ширину спектра гармонійних складових корисного сигналу, єдиний метод боротьби з "транзисторним звучанням" полягає у зменшенні Кни до значення, при якому вплив комбінаційних частот сигналу суб'єктивно не відчувається. Для цього необхідна методика оцінки нелінійних спотворень, що дозволяє однозначно визначити поріг, нижче за який "транзисторне звучання" не проявляється.

Метод оцінки якості підсилювачів за допомогою TIM-спотворень істотно не відрізняється від добре відомого спектрального методу, але не застосовується на практиці, оскільки потрібна спеціалізована нова вимірювальна апаратура. Як показують дослідження, наведені в [6], односигнальний метод цілком застосовний для оцінки Кни у будь-якій звукотехнічній системі з рівномірною АЧХ, що легко досягається у високоякісних підсилювачах Hi-Fi. Нижче наведені результати отримані в результаті експериментів, проведених за односигнальним методом.

В силу властивої транзисторам нелінійності побудова підсилювачів без запровадження спеціального пристрою зменшення нелінійних спотворень неможлива. Найбільше ефективно знижує Кни введення негативного зворотного зв'язку (ООС). Щоб уникнути низки неприємностей, із якими стикається кожен конструктор розробки вихідного каскаду з ООС [6, 7]. необхідно дотримуватися таких правил:

• зменшувати кількість каскадів, що охоплюються загальною ООС;
• використовувати компенсуючі ланцюги видалення парних гармонік у деяких каскадах;
• вводити місцеві ООС.

Найкраще задовольняє зазначеним вимогам УМЗЧ, розроблений та побудований Лінчем Маршалом [8]. Цей підсилювач можна порівняти з ламповими підсилювачами. Відповідні результати відображені у таблиці.

Під час випробувань підсилювачі включалися за схемою, наведеною на рис.1. Тут U1 – студійний магнітофон. Z1 – багатосмуговий еквалайзер. А1 та А2 - підсилювачі, якість звучання яких порівнюється.

Щоб не порушувати чистоту експерименту, у гучномовцях були відсутні частотні фільтри, що вносять фазові спотворення. Акустичні системи (власної конструкції) мали гучномовці ф. Gudmans, що характеризуються малими нелінійними спотвореннями в діапазоні частот 0,03...16.5 кГц. Як джерело сигналу використовувалася програма, записана на студійній апаратурі на стрічку А4615-6Р зі швидкістю 38,1 см/с з високоякісної грамофонної пластинки, що відтворюється програвачем Otophon, вбудованим в грамофонне шасі XL-1550 пристрою Pion. Щоб уникнути перевантаження на входах підсилювачів, задавалися такі рівні сигналів, щоб навіть при піковій вихідній потужності вона залишалася на 3 дБ нижче максимальної.

Під час прослуховування відчувалася перевага підсилювача №1 над підсилювачами №2 та №3 щодо "чистоти" та "прозорості" звукової картини при передачі вищих складових звукового спектру. Крім того, для отримання приблизно однакового збалансованого (по тембру) звучання характеристика еквалайзера підсилювача №1 була рівномірна, тоді як при роботі з підсилювачем №2 був потрібний підйом + 10 дБ в частотному інтервалі від 1 до 16 кГц. Підсилювач №3 поступався за якістю звуковідтворення всім іншим.

Для лампових підсилювачів №4 і №5 не виробилося єдиної точки зору, однак було встановлено, що вони не мають жодних переваг перед підсилювачем №1. У зв'язку з цим були проведені додаткові випробування підсилювача №1 при включенні його в двосмуговий ламповий звуковідтворювальний комплекс з електромеханічним зворотним зв'язком (ЕМОС) та зі смугою пропускання (по звуковому тиску) 0,016...25 кГц. Блок-схему установки наведено на рис. 2.

Як випробувальне навантаження підсилювача №1 (А2 на рис.2) служив резисторний дільник R1-R2, підібраний так, щоб отримати коефіцієнт передачі, рівний 1. Перевірка показала, що включення підсилювача №1 в аудіокомплекс не призводить до появи ніяких "транзисторних тонів" при відтворенні різноманітних музичних програм. Було встановлено, що характеристики УМЗЧ №1 майже збігаються з характеристиками УМЗЧ №2, але мають суттєво нижчий Книга, що не перевищує 0.04% у смузі 0,02...20 кГц. Це значення Книги. очевидно, є шуканою кордоном, коли він зникає " транзисторне звучання*. Взявши за основу викладені принципи конструювання високоякісної апаратури ЗЧ, і навіть щодо дешеву елементну базу, автори розробили підсилювач потужності, схема якого наведено на рис. 3.

(Натисніть для збільшення)

Попередній підсилювач складається з емітерного повторювача на транзисторі VT1 і симетричного двотактного каскаду на VT2, VT3, охоплених місцевої ООС за рахунок емітерних резисторів R11 і R12 і загальної ООС, заведеної з колекторів VT2, VT3 через дільник. Сигнал ООС складається там із вхідним сигналом. Резистори R1 і RP2 одночасно є дільником вхідного сигналу. Коефіцієнт посилення попереднього підсилювача без ООС - близько 3, Книжка при максимальному вхідному сигналі - близько 1%. Введення ООС знижує коефіцієнт посилення приблизно 2, а Кни - до 3%. Симетрія каскаду здійснюється резистором RP100.

Каскад "розгойдування" зібраний на транзисторах VT4, VT5 і VT6 за схемою, аналогічною предусипителю. Коефіцієнт посилення цього каскаду без ООС - близько 100, а Кни = 0,1 ... 0,15%. Це досягнуто завдяки використанню транзисторів BD140/BD139 (без будь-якого підбору транзисторів за параметрами). Емітерний повторювач VT4 служить підвищення ефективності паралельної ООС, введеної з виходу підсилювача за допомогою дільника R14-R15-R20. Гранична частота каскаду визначається ємностями колекторних переходів VT5, VT6 та величиною С13. Для зазначеної на схемі ємності С13 гранична частота становить приблизно 35 кГц. Ланцюжок R16-C8 коригує АЧХ.

Вихідний каскад за схемою аналогічний підсилювачу Бриг 001-стерео. Щоб уникнути збільшення Кни та появи "транзисторного звучання", використовуються місцеві ООС, реалізовані на резисторних дільниках R38-R39 та R40-R41-R42-RP44 з малими опорами. Як і попередньому каскаді, підбір транзисторів не проводився. За допомогою RP44 мінімізується Книжка вихідного сигналу. Без ООС Книга у всій смузі звукових час-тот становить 0.5...0,7%, коефіцієнт посилення - 2.7.

Струм спокою вихідних транзисторів встановлюється близько 100 мА за допомогою RP30. а установка "0" на виході виконується резистором RP24.

Із загальним негативним зворотним зв'язком, що охоплює "розгойдуючий" і вихідний каскади. Книжка при максимальній вихідній потужності у всьому частотному діапазоні становить 0,02% (вимірювався компенсаційним методом). При виключенні фільтра НЧ, утвореного ланцюжком R14-C6, в режимі "малого сигналу" (на вхід подавався сигнал з рівнем, що становить 0,1 від номінального), верхня гранична частота підсилювача склала 1.8 МГц!

Для запобігання самозбудження підсилювача на виході встановлено компенсатор Бушеро – R54-L1. Котушка L1 (індуктивність - близько 0,3 мкГн) намотана на R54 (по всій довжині) дротом 0.8 (1,0) мм.

У підсилювачі можливі наступні заміни елементів: VT1, VT3, VT4, VT7, VT8 - ВС546В, 2Т3167(С), ВС107. КТ315В(Г); VT2, VT9 - ВС556В, ВС177В(С), 2Т3307В(С), KT361B(Г); VT5 - 2T9140C, КT814B; VT6 – 2Т9139С. КТ815В: VT10-2Т7638В. КТ626В; VT11-2Т7637В, КТ807Б; VT12, VT13 – KD3442. 2N3442, 2N6259A, KD502. Транзистор VT7 промазується теплопровідною пастою та закріплюється на радіаторі біля VT12 або VT13 (вгорі радіатора). На закінчення можна сказати, що:

• "транзисторне звучання" викликане недосконалістю стандартної схемотехніки УМЗЧ та самою структурою напівпровідників;
• "транзисторне звучання" зникає при зниженні Кни до 0,03...0.04% у робочій смузі частот;
• при сучасній елементній базі низький Кни досягається за досить глибокої загальної ООС.

література

1. Otata M. Transientltermodulation Distortion в Comercial Audio Amplifiers. - Jorurnat of the Audio Engineering Society, 1974, May.
2. Marsha Leach W. Transient IM Distortion в Power Amplifiers. – Audio, 1975, February.
3. Baxandoll PJAudio Power Amplifier Design. – Wireless World, 1978, January.
4. Вольф В.М. Про інтенсивність гармонійних та комбінаційних складових при нелінійних спотвореннях коливань складної форми. - Акустичний журнал, 1955, т.1. вип.4.
5. Раковський В.В. Вимірювання в апаратурі запису звуку фільмів. - М: Мистецтво, 1962.
6. Зуєв. П. Про динамічні спотворення в транзисторних підсилювачах НЧ. - Радіо, 1978 №8. С.ЗЗ.
7. Майоров А. Динамічні спотворення в транзисторних підсилювачах низької частоти. - Радіо, 1976 №4, С41.
8. Marshall Leach W. BuiW low TIM Amplifiers. – Audio, 1976, February.
9. Тюлієв Н. Підсилювач 40 W. - Млад конструктор, 1983 №4, С.З.

Автори: Д.Костов, В.Тодорів

Дивіться інші статті розділу Підсилювачі потужності транзисторні.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Портативний накопичувач об'ємом 4 Тбайт від Seagate 12.07.2014 Офіційно представлений новий представник лінійки зовнішніх накопичувачів – Seagate Backup Plus Fast, перший пристрій такого класу об'ємом 4 Тбайт. На відміну від настільних DAS (Direct Attached Storage) такої ємності, в яких застосовуються жорсткі диски форм-фактора 3,5 дюйми, продукт Seagate складається з двох 2,5-дюймових HDD по 2 Тбайт. Пристрій випускається в алюмінієвому корпусі єдиного кольору – чорного. Для з'єднання з комп'ютером використовується інтерфейс USB 3.0. Відмінна риса Backup Plus Fast: крім кабелю USB, не потрібні додаткові джерела живлення. У комплект поставки входить як звичайний кабель, так і з двома роз'ємами – на випадок, якщо єдиний порт не зможе забезпечити достатній струм. Жорсткі диски всередині накопичувача об'єднані масив з єдиним адресним простором, розділ відформатований в NTFS. Для підтримки операцій запису в OS X можна інсталювати драйвер NTFS безпосередньо з самого диска.

Інші цікаві новини:

▪ Безрамковий смартфон із вбудованою сонячною батареєю

▪ Рік комп'ютерного вірусу

▪ Створено прототип квантового радара

▪ Молоко почали пити на Уралі

▪ Мечников помилявся

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Радіо - початківцям. Добірка статей

▪ стаття Еміліано Сапата. Знамениті афоризми

▪ стаття Як швидко їздить автомобіль на сонячних батареях? Детальна відповідь

▪ стаття Начальник відділу продажу. Посадова інструкція

▪ стаття Крокодил для тепловідведення. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Еквалайзер звукових сигналів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024