Высококачественный транзисторный УМЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Усилители мощности транзисторные

 Комментарии к статье

Характерное транзисторное звучание (сухое, жесткое, непрозрачное) вовсе не обязательно присуще транзисторным усилителям. Действительно, большинство промышленных разработок транзисторных УМЗЧ с коэффициентом гармоник менее 0,05% и полосой частот 20...20000 Гц звучат далеко не лучшим образом, при этом требуют значительного подъема высших частот.

В качестве примера удачной разработки можно привести усилитель [1], разработанный еще на заре развития схемотехники бестрансформаторных УМЗЧ. Усилитель содержит всего один каскад усиления по напряжению по схеме с общим эмиттером (ОЭ) и имеет искажения около 2% при выходной мощности 2 Вт. Тем не менее, на высших частотах он звучит достаточно чисто, прозрачной детализованной не требует их подъема.

Как ни парадоксально, но ламповые усилители с искажениями в 2 процента субъективно звучат лучше транзисторных с коэффициентом гармоник 0,002%. Это объясняется тем, что спектр гармоник в ламповых усилителях значительно уже и только низкого порядка, не выше третьего, в то время как в транзисторных - вплоть до одиннадцатого порядка.

Очень важным преимуществом мощных ламп является равенство нулю времени рассасывания носителей и задержки включения при подаче управляющего напряжения. Кроме того, выходные характеристики триода идеальны для выходного каскада, работающего, как известно, на комплексную нагрузку (на импеданс). Близкими к триоду характеристиками обладает статический индукционный полевой транзистор (СИТ) при подаче отрицательного напряжения на затвор. Однако наиболее доступными для радиолюбителей по-прежнему остаются биполярные транзисторы.

Рассмотрим кратко основные причины возникновения искажений в усилителях на транзисторах.

Искажения возникают в выходном каскаде. Переходные искажения первого рода (типа ступеньки) обусловлены сильно выраженной S-образной формой характеристики передачи эмиттерных повторителей. Путь уменьшения искажений такого рода - увеличение тока покоя и глубины ООС.

Переходные искажения второго рода возникают из-за временных задержек сигнала, вызванных процессом коммутации, и приводят к искажениям в области перехода через ноль. Эти искажения возникают из-за достаточно большого времени рассасывания не основных носителей базы, а т.к. в течение этого времени ООС практически отсутствует, предварительные каскады развивают полное усиление, что и приводит к импульсным выбросам вплоть до напряжения питания. Искажения этого типа можно уменьшить, применяя мощные выходные транзисторы с граничной частотой единичного усиления 5 МГц и более. Увеличение ООС в данном случае не помогает.

Основные характеристики усилителя:

• Чувствительность, В.......0,7
• Входное сопротивление, кОм.......5,6
• Номинальная выходная мощность на нагрузке 4 Ом, Вт.......60
• Коэффициент нелинейных искажений, %.......0,02
• Полоса эффективно усиливаемых частот, Гц по уровню 0 - 0,5 дБ.......3...80 000
• по уровню 0 - 3 дБ.......1...120 000
• без цепи R1.C2.......1...550 000
• без цепи R1.C2 и цепи ООС.......до 85 000
• Глубина ООС, дБ.......32
• Отношение сигнал/шум, дБ.......96

Динамические интермодуляционные искажения (ТИМ-искажения) возникают на фронтах сигналов, где скорость нарастания сигнала превышает максимально допустимую на выходе усилителя. Основной причиной этих искажений является перегрузка входных каскадов. Для исключения специфических фазовых искажений полоса пропускания усилителя должна быть не менее 250 кГц, что соответствует скорости нарастания выходного сигнала около 50 В/мкс. Для уменьшения этого рода искажений необходим усилитель с диапазоном рабочих частот без ООС до 25 кГц и более. Глубина ООС не должна быть более 20...30 дБ. Спектр сигнала, поступающего на усилитель мощности, следует ограничить, например, с помощью пассивного фильтра с частотой среза около 100 кГц.

Следующий вид искажений обусловлен нелинейностью коэффициента передачи тока выходных транзисторов h21э- f(Iк). А поскольку RBX=h21э-Ки (для каскада с общим коллектором) является нагрузкой усилителя напряжения с большим выходным сопротивлением, коэффициент его усиления также изменяется в несколько раз в течение периода выходного сигнала, что в итоге вызывает нелинейность амплитудной характеристики усилителя в целом. Для уменьшения искажений этого рода необходимо уменьшать выходное сопротивление усилителя напряжения или увеличивать входное сопротивление выходного каскада, выполнив его по трехкаскадной схеме Дарлингтона, что нежелательно из-за увеличения времени переключения и, вследствие этого, возрастания коммутационных искажении. Более подробно о других видах искажений можно прочитать в [6].

В основу разработки предлагаемого усилителя (рис.1) положены концепции, изложенные в [2] и [3].

(нажмите для увеличения)

Схемотехнические решения заимствованы из [4] и [5]. Питается усилитель от выпрямителя с незаземленной средней точкой, что исключает выход из строя громкоговорителя от постоянной составляющей выходного каскада. Важным достоинством инвертирующего усилителя является полное отсутствие синфазной составляющей во входном дифференциальном каскаде. В отличие от неинвертирующего усилителя в этом каскаде не возникают искажения, вызванные паразитной модуляцией напряжения источника тока на транзисторе VT2 и напряжения коллектор-эмиттер транзисторов VT1, VT3. Кроме того, такое решение обладает хорошей помехозащищенностью по питанию, характерных щелчков при включении и выключении питания не происходит.

Съем сигнала с дифференциального каскада симметричный, т.е. VT3, VT7, VT8 - ОЭ-ОК-ОБ; VT1, VT4, VT8 - ОБ-ОК-ОЭ. Это позволяет получить максимальный коэффициент усиления и большой коэффициент ослабления синфазных составляющих (КОСО). Нагрузкой усилителя напряжения на транзисторах VT7, VT8 с эмиттерными связями служит генератор тока на транзисторе VT11. Стабилизация выходного сопротивления выполнена с помощью резисторов R17, R18. Смещение на выходной каскад подается с генератора напряжения на транзисторах VT9, VT10. Ток покоя выходных транзисторов выставляют в пределах 50 -100 мА подбором резистора R21. Транзистор VT14 (VT15) осуществляет детектирование эмиттерного тока VT16 (VT17) и выключение (отсечка) выходных транзисторов предотвращается, таким образом, исключается вероятность возникновения коммутационных искажений. Защита выходных транзисторов от перегрузки по току выполнена с помощью диодов VD2.VD3.

На выходе усилителя подключен компенсатор Буше R29, С6, с помощью которого импеданс нагрузки становится чисто активным.

Во избежание появления интерфейсных искажений акустические системы (АС) необходимо подключать к усилителю проводами как можно большего сечения.

Усилитель выполнен на печатной плате (рис.2). Размещение деталей здесь. Катушка L1 намотана на резисторе R31 проводом ПЭВ-2 0,69 и содержит 14 витков. Транзисторы VT12, VT13 закреплены на ребристых радиаторах размером 20x15x10. Транзистор VT5 может быть заменен на диод Д220 в прямом включении.

(нажмите для увеличения)

Налаживание усилителя сводится к установке тока покоя выходных транзисторов и установке половины напряжения питания на незаземленной средней точке. В случае использования стереофонической пары усилителей к каждому каналу подводят питание от отдельного выпрямителя.

Усилитель испытывался совместно с усилителем-корректором [7] и показал хорошие результаты. Работа усилителя выгодно отличается высокой верностью воспроизведения, проявляющейся в повышении детализования и прозрачности звучания.

Литература:

1. В.Иванов " Бестрансформаторный УНЧ". "Радио" №2/70, с.29-30.
2. И.Акулиничев. "УНЧ с синфазным стабилизатором режима". "Радио" №3/80, с.47.
3. И.Акулиничев "О критичности питания усилителя мощности" "Радио" № 11/84, с.33-35.
4. Патент Японии 60-23531, публ.24-126-85, с.73.
5. АС СССР 1259472, публ.01-133-87, с.6
6. Н.Сухов. "К вопросу об оценке линейных искажений УМЗЧ". "Радио" №5-7/89.
7. А.Петров. "Современный усилитель-корректор"/ "Радиолюбитель" №2/92, с.33-34.

Автор: А.Петров

Смотрите другие статьи раздела Усилители мощности транзисторные.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Часы, растворяющиеся в воде 04.08.2021 Утилизация электроники безопасно для окружающей среды - приоритет для биоинженеров из Китая. Биоинженеры из Тяньдзинского университета, Китай, разработали двухкомпонентный нанокомпозит для микросхем, который распадается при погружении в воду за 40 часов. Инновации приводят к появлению все новых и к избавлению от старых гаджетов, а это миллионы тонн электронных отходов. Переработка уменьшает объем техномусора, однако это дорогостоящий процесс, а неутилизированные процессоры опасны для окружающей среды. Растворяемые в воде устройства могут решить эту проблему. Ученые смогли создать нанокомпозит на основе цинка, серебра и поливинилового спирта - полимера, который разлагается в воде. Корпус часов с растворимым процессором также легко выдерживал контакт с человеческим потом, но погруженные в воду часы полностью растворились в течение 40 часов.

Другие интересные новости:

▪ Одиссей жил не на Итаке

▪ Физический эталон килограмма заменят квантовой формулой

▪ Свет в рулонах

▪ Стройматериал из отходов пластмассы

▪ Наш крошечный родственник

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Домашняя мастерская. Подборка статей

▪ статья Микроскоп на поверхностных плазмонах. История изобретения и производства

▪ статья Какая страна названа в честь Христофора Колумба? Подробный ответ

▪ статья Лилия. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Подогрев ульев. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Ручка для переменного резистора - за полчаса. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025