|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ УМЗЧ із симетричним входом без загальної ООС. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Підсилювачі потужності транзисторні Підсилювач відрізняється використанням петлі місцевого зворотного зв'язку компенсаційного типу, що зменшує спотворення вихідного каскаду. Застосування високолінійного вхідного каскаду виключило необхідність запровадження загальної ООС, яке симетрія у широкій смузі частот практично усуває вплив зовнішніх наведень на підсилювач. Переваги УМЗЧ із загальною ООС добре відомі і не раз були розглянуті у спеціалізованій літературі [1] та на сторінках журналу "Радіо". Однак, незважаючи на високі технічні характеристики, їхня реальна якість звуковідтворення нерідко далеко від ідеалу, тоді як відносно прості УМЗЧ без загальної ООС (або з ООС до 20 дБ) відрізняються більш природним звучанням, ніж УМЗЧ з глибокої ООС. Розробники дійшли висновку, що головним винуватцем є динамічні спотворення, пов'язані з невдалим вибором та реалізацією АЧХ та ФЧХ каскадів підсилювача, охопленого глибокою ООС. У аудіоіндустрії виник навіть окремий напрямок - це підсилювачі з малокаскадним сигнальним трактом без загальної ООС, котрий іноді з компенсацією нелінійних спотворень [2]. УМЗЧ цього виконують на спеціально відібраних лампах чи транзисторах, які у класі А чи АВ із великим струмом спокою, і характеризуються високою вартістю. Розробники таких УМЗЧ використовують тільки високоякісні компоненти, вхідні каскади будують за симетричними (балансними) схемами, а для досягнення малого вихідного опору застосовують велику кількість потужних транзисторів з підібраними параметрами, що, власне, забезпечує повторюваність заявлених характеристик УМЗЧ. У запропонованому УМЗЧ без загальної ООС застосовано симетричний вхідний каскад на основі повторювача струму [3]. Схема УМЗЧ функціонально проста і включає підсилювач напруги та підсилювач струму. Така структура відповідає одному з принципів High End audio - мінімум "електричної довжини", тобто мінімум каскадів посилення та компонентів у сигнальному тракті. В підсилювачі використовується місцевий зворотний зв'язок, що зменшує спотворення вихідного каскаду. Під час розробки УМЗЧ основну увагу приділялося скорочення кількості підсилювальних каскадів і підвищення вихідної лінійності підсилювача напруги. Особливість УМЗЧ – це відсутність підсилювальних каскадів, виконаних за схемою із загальним емітером (ОЕ) або із загальним витоком (ОІ). Відомо, що диференціальний каскад зазвичай є парою транзисторів, включених за схемою з ОЕ або ОІ [1], і вносить помітні нелінійні спотворення [4]. Використовуючи схеми включення із загальною базою (ПРО), загальним колектором (ОК) та загальним стоком (ОС) спільно з малою довжиною підсилювального тракту, вдалося створити УМЗЧ без загальної ООС з параметрами, які не поступаються параметрам промислових виробів. Високі параметри підсилювача досягаються за рахунок суто схемних рішень і, на відміну від характерного для High End екзотичного та матеріалознавчого підходів, не вимагають застосування дорогих компонентів. УМЗЧ має низькоомний симетричний вхід (1200 Ом) і призначений для роботи з джерелами сигналу, що мають симетричний вихід, що регулюється. Для повної реалізації можливостей УМЗЧ джерело сигналу повинно мати "відкритий" вихід (без конденсаторів розділових). Зазначимо те, що більшість сучасних високоякісних джерел сигналу здатні без спотворень передавати сигнал на відносно низькоомне навантаження (до сотень). У студійній чи професійній апаратурі опір симетричного виходу джерела сигналу вже розрахований на навантаження 600 Ом і це промисловий стандарт. Тому в таких випадках зайве домагатися високого вхідного опору у високоякісному УМЗЧ. На рис. 1 представлена загальна структурна схема, де вхідний каскад складається з симетричного підсилювача напруги на транзисторах VT1 VT2 включених за схемою з ПРО. Цей каскад навантажений на струмове дзеркало (транзистори VT3, VT4), транзистор стежить VT5 і ланцюг R6CK- Транзистор у схемі включення з ПРО має більш лінійну передатну характеристику і кращі частотні властивості [5, 6]. Сигнал у вигляді диференціальної вхідної напруги (щодо шини +U1) подається на два рівні по опору резистора R1, R2 і перетворюється на вхідний струм емітерів транзисторів VT1, VT2. Кінцевий каскад А1 – повторювач напруги.
Схожа схема підсилювача напруги з додатковим вхідним диференціальним каскадом на польових транзисторах була використана [7]. Окремі елементи цієї схеми наводив ще І. Достав у своїй монографії [8]. Принцип роботи такого підсилювача напруги досить детально висвітлено у літературі [7, 8]. Кінцевий каскад А1 може бути виконаний на біполярних чи польових транзисторах. Вихід підсилювача напруги (у точці З) є досить низькоомним. Це дозволяє використовувати як А1 одноступінчастий комплементарний повторювач напруги, хоча не виключена можливість застосування в кінцевому каскаді дво- або триступінчастої структури з великим коефіцієнтом посилення струму [1]. Такий УМЗЧ вносить у вихідний сигнал менше спотворень проти підсилювачем класичної структури, і реальний виграш становить 10...12 дБ. Це справедливо, зазвичай, завжди, якщо джерело сигналу має мінімальний вихідний опір і може працювати на навантаження 600 Ом без збільшення нелінійних спотворень. У такій схемі джерело сигналу пов'язане із шиною живлення +U1. В УМЗЧ використовуються два джерела двополярного живлення з трансформатором Т1: один - для каскаду посилення напруги (обмотка II, діодний міст VD4 і конденсатори, що згладжують фільтри живлення С1, С2), а другий - для живлення кінцевого каскаду (обмотка III, діодний міст VD5 і конденсатори C3, С4). На рис. 1 загальний провід джерел живлення і далі позначений прямокутником. Підсилювач на мал. 1 характеризується принципово лінійною вхідною характеристикою, що задає вихідну лінійність всього УМЗЧ. Крім цього, посилення УМЗЧ визначається тільки ставленням резисторів R6/R2 (або R6/R1) і не залежить від параметрів транзисторів, що використовуються. Його можна встановлювати з високим ступенем точності та варіювати в широких межах. Вимірювання показують, що без резисторів R5, R6 коефіцієнт посилення каскаду досить високий і становить частоті 400 Гц понад 500000. До недоліків УМЗЧ можна віднести деякі обмеження параметрів джерела сигналу. Він обов'язково має бути симетричним і бажано – з відкритим виходом по постійному струму. З іншого боку, схема з повторювачем струму на вході погіршує ставлення сигнал/шум [3]. Тепер розглянемо принципову схему УМЗЧ, показану на рис. 2. Підсилювач відрізняється високими параметрами та без ланцюгів ООС. Вхідний підсилювач виконаний на транзисторах VT3, VT4, які навантажені на струмове дзеркало каскодного типу VT5, VT6.1, VT6.2, VD5, R8, R13, в якому для підвищення точності застосована пара узгоджених транзисторів К159НТ1В (VT6).
Основним навантаженням підсилювача напруги є резистор R17. Активні джерела струму VT1, VT2 (з елементами VD6, VD7, R7, R15) в ланцюгах емітерних вхідних транзисторів підвищують лінійність підсилювача напруги в режимі великого сигналу. Через війну коефіцієнт гармонік каскаду посилення напруги знижується майже порядок і становить, наприклад, 0,007% на частоті 2 кГц при вихідному напрузі 31 У (еф.). Складовий повторювач напруги на елементах VT9, VT10, VT12-VT14, VD13, R18, R19, R22 забезпечує ефективну розв'язку підсилювача напруги від кінцевого каскаду. Таке рішення майже повністю виключило вплив нелінійної ємності затвор-сток транзистора VT9 на параметри підсилювача напруги. У цьому повторювачі вхідна ємність VT9 практично не змінюється, тому що напруга між висновками цього транзистора фіксована. Неповне використання напруги живлення в повторювачі на позитивній напівхвилі сигналу зажадало його підвищення, тому двополярна напруга живлення несиметрична щодо загального дроту блоку живлення і становить +57 і -52. Кінцевий каскад УМЗЧ особливостей не має і є двотактним повторювачем на потужних транзисторах VT15 - VT20, що працює в класі АВ зі струмом спокою 300 мА. Джерело стабільного струму на 220 мА (VT7, VT8, R11, R14, VD9-VD12) також побудований за каскодною схемою ПРО-ПРО. Транзистори VT7, VT8, VT10, як і потужні транзистори, розташовані на тепловідведення. Струм спокою кінцевого каскаду стабілізує термодатчик на транзисторі VT11, що має тепловий контакт з транзисторами кінцевого каскаду. Інтегратор на прецизійному ОУ К140УД17 (DA1) та елементах R1-R4, R17, С1-С4, VD1-VD4 підтримує мінімальну напругу постійного струму на виході УМЗЧ, незалежну від температури та асиметрії напруги живлення. Для розв'язки каскадів, підвищення лінійності УМЗЧ і збільшення ККД кінцевого каскаду підсилювач напруги живиться стабілізованою напругою +57 і 52, а кінцевий каскад - нестабілізованою напругою ±44 В. Диференціальний коефіцієнт посилення УМЗЧ визначається відношенням 2(R17/R6) і становить близько 45. З'єднання виходу підсилювача з точкою А через ланцюг R5C5 призводить до часткової компенсації нелінійних спотворень кінцевого каскаду і знижує вихідний опір УМЗЧ на частоті 1 кГм 0,2 (Виміри проводилися без вихідного ланцюга L0,035R1). Вихідний опір УМЗЧ слабко змінюється у діапазоні частот до 28 кГц і становить 10 Ом на частоті 0,05 кГц. Вимірювання показали, що вихідний опір УМЗЧ не залежить від зміни струму спокою кінцевого каскаду в широких межах (в інтервалі 20...50 мА), що говорить про ефективність застосованої ООС. Для вимірювання коефіцієнта гармонік (Кг) УМЗЧ використано автоматичний вимірювач нелінійних спотворень С6-8, аналізатор спектру С4-74, а також генератор сигналів ГЗ-118 спільно з пристроєм, що симетрує. Як еквівалент навантаження застосовані три паралельно включені резистори по 20 Ом ПЕВ-50 (опір 7 Ом), а для еквівалента на 4 Ом - п'ять таких резисторів. Вихідна напруга вимірювалася за допомогою вольтметра ВЗ-39. Нижня межа вимірювання Кг із таким пристроєм становить майже -90 дБ. Сумарний Кг УМЗЧ без компенсації спотворень (ланцюг R5C5 вимкнено) при вихідній потужності 105 Вт та навантаженні на 7 Ом на частоті 1 кГц становив 0,099%, а на 20 кГц - 0,096%. Спектр сигналу містить переважно другу і третю гармоніки порівнянної амплітуди, а також вищі гармоніки меншої амплітуди (наслідки роботи кінцевого каскаду в режимі АВ). При підключенні ланцюга R5C5 місцевої ООС Кг УМЗЧ на частоті 1 кГц знизився до 0,035%, а на частоті 20 кГц - до 0,043% за тієї ж вихідної потужності. При максимальній вихідній потужності 125 Вт на 7 Ом на частоті 1 кГц (вихідний сигнал на порозі обмеження) спотворення УМЗЧ все ще не перевищують 0,1%. Слід зазначити, що кінцеві транзистори спеціально не підібрані, і у разі їхнього попереднього відбору можливе поліпшення характеристик УМЗЧ. Так вийшло, що в даному макеті УМЗЧ реальний розкид коефіцієнта посилення струму емітера у комплементарної пари еквівалентних транзисторів виявився невеликим, близько 10%. Узагальнене значення коефіцієнта посилення струму при lK = 1 А і Uке = 5 В для верхнього плеча (три паралельно з'єднаних транзистора КТ864А) становить 96, а для нижнього (три транзистора КТ865А) - 87. При великих значеннях струму колектора коефіцієнт передачі струму бази кінцевого каскаду знижується. Максимальна вихідна потужність УМЗЧ на навантаженні 4 Ом дорівнює 170 Вт (при цьому частота 1 кГц Кг = 0,18%). Використовуючи в кінцевому каскаді потужніші імпортні прилади, вихідну потужність УМЗЧ на навантаженні 4...2 Ом можна підвищити навіть збільшення кількості транзисторів. Інтермодуляційні спотворення в УМЗЧ становлять менше -70 дБ (0,03%), коли на навантаженні 7 Ом діє вимірювальний сигнал з амплітудою трохи нижче рівня обмеження, що є сумою двох синусоїдальних сигналів рівної амплітуди з частотами 20 і 21 кГц. Інтермодуляційні спотворення оцінювалися за допомогою спектроаналізатора С4-74, який має динамічний діапазон не менше 70 дБ. Оцінювалася складова різницевої частоти 1 кГц. Амплітуда цієї спектральної складової лежить на рівні шумів спектроаналізатора і помітна тільки за часів інтегрування аналізатора (смуга пропускання - 300 Гц, розгортка - 5 с). Слід зазначити, що цей режим виміру обраний як найбільш інформативний, і за посилення реальних звукових сигналів така екстремальна ситуація малоймовірна. нижче наведені основні технічні характеристики макету УМЗЧ (рис. 2) під час роботи на активний еквівалент навантаження (резистор).
В УМЗЧ можна використовувати вітчизняні та імпортні компоненти. Транзистори КТ9115А (VT3, VT4) краще підібрати в пари з однаковим коефіцієнтом посилення струму (ще краще - застосувати узгоджені пари високовольтних транзисторів структури pn-р, виконаних на одній підкладці). Замість КТ9115А можна застосувати КТ632Б або імпортні прилади 2SA1184, 2N5415. Замість 159НТ1В можна використовувати будь-яку погоджену пару транзисторів структури npn (критерій вибору – можливо більший h21Е). В УМЗЧ замість КП902А добре працюють малопотужні МОП-транзистори серії КП305. Резистори R5-R8, R13 і R15-R17 - С2-29, причому R6 і R16, R7 і R15 з можливо меншим допуском (в авторському варіанті ці резистори мають допуск 0,05%). Інші резистори - МЛТ та С5-16МВ. Котушка L1 містить 9 витків ізольованого дроту діаметром 1,53 мм, намотаного з кроком 2,5 мм на оправці діаметром 10 мм. Конденсатори – КМ-6, К73-16, К73-17. Через особливості підключення джерела сигналу до входу УМЗЧ потрібно змінити принцип "заземлення" корпусу підсилювача. З металевим корпусом конструкції слід з'єднати шину "+57" стабілізованого джерела живлення УМЗЧ. Загальний провід джерела сигналу підключають до цієї точки загального проводу. Загальний провід ланцюгів живлення та конденсаторів фільтра живлення необхідно ізолювати від підсилювача. Також потрібно ізолювати та вихідні клеми УМЗЧ. Якщо в УМЗЧ застосовано два роздільні та повністю незалежні блоки живлення для кожного з каналів, то їх шини живлення "+57 В" слід з'єднати в одній точці з корпусом УМЗЧ. Середні точки блоків живлення з'єднувати не потрібно. У разі архітектури типу "подвійне моно" два канали УМЗЧ з'єднані між собою (і з корпусом конструкції) тільки через шину живлення +57, що за відсутності загальних сильноточних ланцюгів сприятливо позначається на розв'язці між каналами. Цей варіант УМЗЧ проектувався для роботи з професійним пультом мікшера, що не має на виході розділових конденсаторів (вихід по постійному струму). При такому способі харчування через вхідні резистори УМЗЧ завжди споживає від джерела сигналу невеликий постійний струм (близько 2 мА по кожному входу). В інших випадках для нормальної роботи УМЗЧ також знадобиться джерело звукового сигналу із симетричним низькоомним виходом та можливістю регулювання рівня сигналу. За відсутності джерела сигналу, що має симетричний вихід, можна використовувати будь-яке несиметричне джерело сигналу, доповнивши його пристроєм, який перетворює несиметричний сигнал на симетричний. Сьогодні існує досить багато варіантів пристроїв, що реалізують цю функцію: від найпростіших на основі трансформатора, що симетрує, до спеціалізованих мікросхем, наприклад, SSM2142. Для цих цілей автор іноді використовував пристрій, відомий як "Di-Box" (Active Direct Inject Box), модель Dl 100 фірми Behringer. Такі пристрої популярні у музикантів, які працюють із "живим звуком", і складаються з високоякісного симетруючого трансформатора та повторювача напруги. Нелінійні спотворення, що вносяться ними, досить малі (зазвичай менше 0,005 %). На рис. 3 представлена схема "симетратора", виконана з перехресно-симетричною ОС на здвоєних ОУ DA1 (в одному корпусі) та прецизійних резисторах R1-R8.
Ступінь симетрії вихідного сигналу залежить від індивідуального розкиду парних резисторів і реально вимагатиме додаткового коригування (опір цих резисторів може становити одиниці - десятки кілоом). Більш складна схема з можливістю підстроювання симетрії наведено на рис. 4 (резистори R1-R14 мають допуск 0,05%). Усі виміри параметрів УМЗЧ були виконані саме за допомогою цього пристрою.
Запропоновані симетруючі пристрої можна використовувати як буферний елемент вихідного каскаду джерела сигналу, хоча найкращим рішенням слід визнати використання спеціалізованої мікросхеми SSM2142, яка за вартістю близько $4 містить всі необхідні ОУ і резистори (30 кОм) і спеціально спроектована для роботи на навантаження 600 Ом. Нелінійні спотворення вузла на SSM2142 - менше 0,006% при вихідному сигналі 10 на навантаженні 600 Ом в діапазоні частот 20.. .20000 Гц. Правильно зібраний підсилювач налагодження майже не потребує. Перед включенням двигун підстроювального резистора R20 повинен перебувати у верхньому за схемою положенні. Перед першим включенням та наступними регулюваннями без навантаження в розрив ланцюгів живлення кінцевого каскаду треба включити два потужні захисні резистори опором по 10...20 Ом. Ці резистори захистять транзистори кінцевого каскаду, наприклад, при помилках у монтажі. Якщо виникає самозбудження, необхідно збільшити ємності конденсаторів нейтралізації та корекції (С5, С6). Далі перевіряють постійну напругу на виході УМЗЧ. Воно має бути більше 1...2 мВ. Потім падіння напруги одному з захисних резисторів регулюванням опору R20 встановлюють струм спокою кінцевого каскаду. Після прогріву підсилювача протягом 1-2 годин його значення має становити 300...350 мА. На цьому регулювання УМЗЧ слід закінчити та виключити захисні резистори з ланцюгів живлення кінцевого каскаду. У симетричному пристрої ОУ повинні добре працювати на навантаження 600 Ом. Тут можна застосовувати ОУОРА604 (ОРА2604), ОРА134 (0РА2134, 0РА4134), LT1468, LT1469, LM6171, LM6172. Підійдуть також LM837, AD841. література
Автор: А.Орлов, м. Іркутськ
Штучна шкіра для емуляції дотиків
15.04.2024 Котячий унітаз Petgugu Global
15.04.2024 Привабливість дбайливих чоловіків
14.04.2024
▪ Антена, що використовує фонтан з морської води ▪ Аромат розмарину покращує пам'ять ▪ Глобальне потепління змістило земну вісь ▪ Samsung представив телевізори з технологією DNIe
▪ Розділ сайту Електропостачання. Добірка статей ▪ стаття Кордова пілотажно-тренувальна модель літака Поради моделісту ▪ стаття Яка найнижча температура, яку вдалося отримати? Детальна відповідь ▪ стаття Декан факультету. Посадова інструкція ▪ стаття Вимірювач рівня води. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Загадки про їжу та напої
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