Теплові спотворення у підсилювачах HiFi. Частина 2. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Підсилювачі потужності транзисторні

 Коментарі до статті

Розглянемо найпростішу напівпровідникову схему (рис.1), у якій напівпровідниковий діод разом із звичайним резистором утворюють послідовний ланцюжок. Така схема може використовуватись у підсилювачі HiFi (рис.2).

Якщо схема давно включена, і встановилася якась теплова рівновага, вихідна напруга Uвих постійно. При збільшенні вхідного сигналу збільшується струм, що протікає по ланцюжку. Під його впливом дещо збільшується падіння напруги на діоді, і він починає сильніше нагріватися. Нагрівання продовжується до досягнення нової теплової рівноваги, а потім все стабілізується в нових умовах.

Ріс.1

Ріс.2

Більшість вимірів завершується приблизно в цей момент, задовольняючись реєстрацією нової теплової рівноваги. Все було б добре, якби під впливом нагрівання не змінювалося опір напівпровідникового діода, яке внаслідок негативності температурного коефіцієнта призводить до зменшення падіння напруги на діоді. Отже, є як підвищення, і зниження падіння напруги, і це відбувається у різні моменти часу. Збільшення падіння напруги при збільшенні струму відбувається майже миттєво (з "електронним" часом запізнення порядку піко-і наносекунд), тоді як його зменшення визначається швидкістю прогрівання діода разом з корпусом (повільно, з "тепловою" швидкістю).

Нагрівання характеризується декількома постійними часами. Найшвидше нагрівається сам напівпровідниковий перехід, що має малу масу. Набагато повільніше нагрівається весь укладений у корпус діод. Враховуючи всі ці повільно загасаючі в часі процеси, що впливають на вихідну напругу, неважко зробити висновок, що відгуком діода на стрибкоподібну зміну струму буде спочатку стрибкоподібна зміна напруги, рівень якої потім поступово наближатися до вихідного значення (причому швидкість наближення визначатиметься кількома постійними часу) . Таким чином, передача схемою регулярних стрибків струму відбувається не ідеально, з'являються "викиди", величина і постійна часу загасання яких не пов'язані з електричними характеристиками. Спотворення, що виникають при цьому, мають суто теплове походження. Очевидно, що в даному випадку байдуже, чи йдеться про дискретні діоди і транзистори, чи про інтегральні схеми. Оскільки серед діодів є як масивні, і мініатюрні, розкид постійних часу може бути дуже широким.

Піддамо такому ж незвичному аналізу найпростіший емітерний повторювач, схема якого наведена на рис.3. Поставимо питання, чи є в такій схемі низькочастотна постійна часу (нижня гранична частота) і обумовлені нею частотно залежні перехідні процеси? Спираючись на підручники, фахівці та нефахівці відповідають хором – НІ! Ми ж, навчені попереднім досвідом, придивимося до неї уважніше.

Ріс.3

Припустимо, що схема включена вже досить давно, транзистор та його оточення вже досягли якоїсь теплової рівноваги, при якому на транзисторі розсіюється потужність Р1, що підтримує постійну температуру транзистора.

Uce1*Ic1=P1

Змінимо робочу точку транзистора, помітно змінивши вхідну напругу. Як тільки колекторний струм транзистора зміниться (хоча і тут можна було б врахувати тимчасову постійну), зміниться напруга емітер-колектор. На транзисторі тепер уже розсіюватиметься потужність Р2

Uce2*Ic2=P2,

яка відрізняється від вищезгаданої, а це призведе до зміни температури транзистора, що встановилася.

Для ілюстрації виникаючих при цьому спотворень, з безлічі параметрів, що підлягають контролю, виберемо один з найбільш легко вимірюваних - напруга Ueb У стані, що встановився, на виході емітерного повторювача є

Uвых1 = Uвх1-Ueb1.

яке легко вимірюється, наприклад, мультиметром. Зміна вхідної напруги спочатку майже повністю потрапляє на вихід.

Однак тепер транзистор має вже іншу робочу точку, відповідну розсіюваної потужності Р2. Це впливає на напругу Ueb (-2 мВ/°С) і викликає зміщення (дрейф) вихідної напруги (оскільки тепер транзистор стає або трохи холоднішим, або теплішим у порівнянні з попереднім станом). Зміну напруги необхідно додати (з правильною полярністю) до вихідної напруги і визначити в кожному конкретному випадку теплову постійну часу.

Тут виникають найважливіші питання:

- яка величина теплової постійної часу;
- у якому напрямі відбувається її зміна;
- Яка величина її зміни?

Те, як транзистор нагрівається або остигає в новій робочій точці, залежить від його стану в попередній робочій точці. Якщо транзистор працював у стані узгодження за потужністю (Uce=0,5Uпіт), то на будь-яку зміну робочої точки він відповідає остиганням. Тому в даному випадку на вплив якогось невеликого постійного керуючого напруги транзистор завжди видає сигнал перешкод того самого виду, який додається до вихідного сигналу.

Якщо робоча точка транзистора відрізняється від узгодженої, у новій робочій точці транзистор може остигати, так і нагріватися. У цьому випадку полярність сигналу перешкод, що з'являється на виході, буде залежати від полярності сигналу, що управляє. Залежно від керуючого сигналу, тепловий сигнал перешкод тепер може додаватися до вихідного сигналу, так і відніматися з нього.

Розглянемо схему диференціального підсилювача (рис.4), яка цікавить і з історичної погляду - кілька десятиліть тому породжувані цієї схемою теплові спотворення становили головну частину всіх теплових спотворень.

Ріс.4

Можливі дві ситуації. У першому випадку, коли диференціальний підсилювач узгоджений за потужністю, вплив сигналу, що управляє, призводить до остигання обох транзисторів (мають практично однакові розміри). Тоді в посиленому сигналі, що є на колекторах транзисторів, з'являється нова, синфазна складова (під впливом охолодження Ueb збільшується, зростає колекторний струм і,

як наслідок, знижується колекторна напруга). У несприятливих випадках цей компонент може поширитися в підсилювачі далі і, наприклад, "збивати" налаштування робочої точки двотактного вихідного каскаду, або викликати неприємні зміщення робочих точок інших каскадів.

Зазвичай кажуть, що у вихідному диференціальному сигналі істотних перешкод немає. Величина синфазного сигналу, що виникає, пропорційна вхідному керуючому напрузі і коефіцієнту посилення синфазної напруги, яке в хорошому наближенні визначається ставленням колекторного і емітерного опорів. Оскільки підсилювачі звукової частоти ці значення зазвичай досить близькі, можна вважати, що синфазний сигнал посилюється в кілька разів (наприклад в 1 ... 10).

Отже, якщо каскаді вже є диференціальний сигнал досить високого рівня, величина напруги синфазного сигналу може бути досить великий. Цей сигнал (синфазний) сам по собі не прослуховується, але він може збурити дію на робочі точки наступних каскадів.

Між іншим, така сама дія робить і зміна температури навколишнього середовища, що призводить до зміни температури напівпровідникових пристроїв (наприклад при використанні підсилювача в жаркий сонячний день або в морозну погоду). Обидва розглянуті ефекти підсумовуються. Таким чином, при проектуванні підсилювачів HiFi вже недостатньо подбати про статичні теплові зв'язки. Необхідно врахувати і згадані вище динамічні синфазні дії.

У другому випадку, коли диференціальний підсилювач працює з неузгодженістю по потужності, під впливом сигналу керуючого на виході виникають перехідні процеси, що мають теплову постійну часу. За величиною і частотою вони в цьому випадку можна порівняти з керуючим сигналом, їх можна виявити як спотворення корисного диференціального вихідного сигналу, відповідним способом виміряти або почути. Оскільки один з транзисторів буде нагріватися, а другий - остигати, виникає протифазний сигнал перешкод, що практично не відрізняється від корисного сигналу.

Каверзне питання – величина теплової постійної часу. Даних про це немає в жодних каталогах, і спертися тут можна тільки на деякі експериментальні факти. Деякі з таких експериментальних даних опубліковані у вузькоспеціальних малотиражних виданнях низки зацікавлених фірм (наприклад, Tektronix, Philips, Ates та ін.). Для них ці дані не виявилися надто несподіваними.

Транзисторні напівпровідникові pn-переходи "пристойного" розміру, як наприклад у 2N3055 (ми поки не говоримо про сам напівпровідниковий прилад в корпусі, розміри якого можуть також залежати від серії і фірми-виробника) можуть термічно відстежувати (тобто нагріватися/остигати) частоти до верхньої граничної - близько 1 кГц. Прилади з меншим pn-переходом, наприклад ВС107, або менше, відстежують частоти аж до частоти 90 кГц (!). Для елементів поверхневого монтажу (SM – Surface Montage) та інтегральних схем гранична частота ще вища. Природно, між напівпровідниковим кристалом і корпусом є хороший тепловий контакт, і велика постійна теплова корпусу прагне, відповідно до величини тепловіддачі контакту, приглушити температурні коливання.

Думаю, що тепер вже зрозуміло, що підсилювач постійного струму (наприклад, зображений на рис.3 емітерний повторювач, який теж свого роду УПТ) має таку ж нижню (!) граничну частоту, як і, наприклад, емітерний повторювач на 200 МГц. Ці звукочастотні викривлення неможливо виміряти традиційними методами.

Часто застосовуваний при вимірах принцип "зачекаємо, поки прогріється схема", якраз і оминає проблеми, що розглядаються тут. Але як виявити цей ефект при прослуховуванні музичного твору через підсилювач HiFi?

Звісно, ​​найбільше нас цікавить величина ефекту. З проведених вимірювань з'ясувалося, що вторинний сигнал в підсилювачі (який може сприйматися як спотворення), що виникає таким шляхом, легко може досягати 5...20% амплітуди корисного сигналу. Цілком можливо, що у багатьох читачів є підсилювачі HiFi в пластмасовому корпусі, що спочивають на книжкових полицях, у яких все гаразд з "антуражем", і тим часом, вони мають дуже сильні теплові спотворення. Вони не обов'язково спотворюють завжди і всі, а лише певні мелодії та у певних звукосполученнях (після удару тощо). А за традиційних методів вимірювання спотворень підсилювач виглядає дуже добре.

Автор: S.GYULA; Публікація: Н. Большаков, rf.atnn.ru

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 Відеокамера записує голос без мікрофона 14.06.2013 Використовуючи високошвидкісну камеру, що робить тисячі кадрів за секунду, японцям вдалося зробити запис навіть найдрібніших коливань поверхні шкіри обличчя та шиї людини, якими супроводжуються звуки, що походять від голосових зв'язок людини. У світі існують різні програми, що широко використовуються всілякими спецслужбами та правоохоронними органами, які за рухами губ, щелеп та м'язів обличчя людини можуть розпізнати ті слова, які вимовляє ця людина. Найбільш складні програми можуть розпізнати мову людини різними мовами, але в будь-якому випадку, комп'ютер може з деякою часткою ймовірності правильно відтворити тільки слова, чистий текст, що не включає ніяких інтонацій та емоційної складової. Використовуючи високошвидкісну камеру, що робить тисячі кадрів на секунду, дослідникам з університету Васеда (Waseda University in Tokyo) в Токіо вдалося зробити запис навіть найменших коливань поверхні шкіри обличчя та шиї людини, якими супроводжуються звуки, що походять від голосових зв'язок людини. Після зйомки спеціалізована комп'ютерна програма, заснована на найскладніших алгоритмах, перетворила зняті коливання шкіри на відповідні звукові коливання, на голос людини. "За допомогою нашої технології ми можемо отримати не тільки слова, вимовлені людиною, а й її голос з інтонаціями, що несуть емоційну складову мови", - розповів Ясухіро Оікоа (Yasuhiro Oikawa), керівник наукової групи, виступаючи на Міжнародному конгресі з акустики (International Congress on Acoustics), що проходив на початку червня в Токіо. Використовуючи технологію високошвидкісної зйомки, дослідники зробили запис того, як два добровільні учасники вимовляли одне й те саме слово японською мовою. Камера знімала з частотою 10 тисяч кадрів за секунду (для порівняння, у звичайному відео використовується зйомка з частотою 24 кадри за секунду, а особливо якісне відео знімається з частотою 60-80 кадрів за секунду). Крім цього, голос добровольців записувався за допомогою звичайного мікрофона, а коливання шкіри обличчя та горла реєструвалися за допомогою датчиків-віброметрів. Після того, як комп'ютерна програми видала розраховану їй на основі візуальних даних послідовність звукових коливань, дослідники порівняли їх із реальними даними, записаними за допомогою мікрофона та віброметрів. Виявилося, що розраховані звуки збігалися із реальними звуками, розходячись лише у незначних деталях. Програючи звуковий файл, дослідники змогли досить чітко розпізнати окремі слова і впізнати голосові інтонації. Технологія реконструкції мови та голосу людини за допомогою високошвидкісної камери знаходиться ще в експериментальній стадії, що лише доводить працездатність самої ідеї. До кінця цього року дослідники планують довести цю технологію до рівня, коли вона зможе працювати в режимі реального часу, розпізнаючи та відтворюючи не лише короткі слова, фрази, а й досить довгі речення. Для цього дослідники збираються серйозно переробити програмне забезпечення системи та реалізувати функцію аналізу коливань поверхні шкіри деяких інших частин особи людини, наприклад, щік, що надасть у їхнє розпорядження більшу кількість інформації, що дозволяє якісніше реконструювати мову, голос та інтонації людини.

Інші цікаві новини:

▪ ТБ стає камерою відеоспостереження

▪ У Тихому океані збудують плавуче місто

▪ Літій-сірчані акумулятори

▪ Південний телескоп

▪ Фотонний ніс для моніторингу посівів

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Металошукачі. Добірка статей

▪ стаття Простий гамак. Поради домашньому майстру

▪ стаття Чому острів Барбадос так називається? Детальна відповідь

▪ стаття Оператор конвеєрної лінії обладнання. Посадова інструкція

▪ стаття Імітатор трелів канарки. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Сенсорний реверсивний вмикач. 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