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:

Канада планирует построить космодром 06.04.2026

Развитие космической инфраструктуры все чаще становится вопросом не только науки и технологий, но и национальной безопасности. Многие государства стремятся получить независимый доступ к космическим запускам, чтобы не зависеть от внешних партнеров и укреплять собственный технологический суверенитет. На этом фоне Канада объявила о запуске масштабного проекта по созданию собственного космодрома. Министр обороны Канады Дэвид Мак-Гинти сообщил, что правительство страны инвестирует 200 млн канадских долларов, что составляет около 150 млн долларов США, в строительство национального космодрома. Эти средства станут частью долгосрочной программы развития суверенных возможностей космических запусков. По словам Мак-Гинти, Министерство обороны подписало 10-летнее соглашение с компанией MLS на сумму 200 млн долларов. В рамках этого контракта планируется строительство стартовой площадки, которая будет использоваться не только военными структурами, включая Министерство обороны и Вооруженные силы ...>>

Обновленные телевизоры Xiaomi S Mini LED TV 2026 06.04.2026

Компания Xiaomi представила обновленную серию телевизоров S Mini LED TV 2026, которая заметно отличается от версии, недавно вышедшей на европейский рынок. Новое поколение ориентировано на расширенные возможности отображения и более гибкую конфигурацию экранов, что делает линейку более универсальной для разных сценариев использования. В обновленной серии Xiaomi S Mini LED TV 2026 предлагается сразу пять диагоналей, начиная от 55 дюймов и заканчивая внушительными 100 дюймами. Флагманская модель оснащена 1920 зонами локального затемнения, способна достигать пиковой яркости до 2000 нит и поддерживает частоту обновления изображения до 288 Гц, что делает ее особенно привлекательной для динамичного контента и игр. Младшая модель в линейке отличается в первую очередь количеством зон локального затемнения, которых здесь 576, однако остальные ключевые характеристики остаются на уровне старших версий. Это позволяет сохранить высокое качество изображения даже в более доступном сегменте, не ж ...>>

Беспилотный грузовой самолет с двигателем AEP100 05.04.2026

Авиационная отрасль стоит перед масштабной задачей перехода к экологически чистым технологиям, и одним из наиболее перспективных направлений считается использование водорода в качестве топлива. Этот элемент рассматривается как потенциальная альтернатива традиционным видам авиационного топлива благодаря своей энергоэффективности и отсутствию углеродных выбросов при использовании. На этом фоне Китай сообщил об успешном испытании беспилотного грузового самолета, оснащенного турбовинтовым двигателем AEP100 мегаваттного класса, работающим на водороде. Это событие стало важным этапом в развитии авиационных технологий, так как позволило протестировать двигатель в реальных условиях полета, а не только в лабораторной среде. Испытательный полет был проведен в субботу, 4 апреля, в городе Чжучжоу, расположенном в китайской провинции Хунань. Именно там впервые в реальных условиях был задействован водородный авиационный двигатель подобной мощности, что дало возможность оценить его стабильность ...>>

Случайная новость из Архива 32-разрядные микроконтроллеры с рекордно малым энергопотреблением 31.03.2007 Корпорация Atmel анонсировала 32 разрядный микроконтроллер, обладающий, как утверждает компания в своем пресс релизе, наименьшим энергопотреблением в отрасли. Построенные на базе ядра Atmel AVR32 UC, микроконтроллеры серии UC3A имеют 512 Кбайт флэш-памяти, встроенный 10/100 Мбит/с Ethernet MAC контроллер, full speed (12 Мбит/с) USB 2.0 интерфейс с поддержкой ОТО (on the go) и интерфейс подключения внешней SRAM/ SDRAM памяти. Новые микроконтроллеры предназначены для сетевых и ориентированных на ПК приложений и, в особенности, для портативных устройств. Первые продукты серии, AT32UC3A0512 и AT32UC3A1512, обеспечивают производительность на уровне 80 DM IPS (Drystone MIPS, млн. инструкций в секунду) на частоте 66 МГц, потребляя 40 мА при питании от напряжения 3,3 В. Потребляемая мощность составляет 1,65 мВт/DMIPS, что, по заявлению компании, в четыре раза ниже, чем у аналогов, построенных по другой архитектуре. Ядро AVR32 UC использует Гарвардскую архитектуру с трехступенчатым конвейером для оптимизации предварительной выборки инструкций из размещенной на кристалле флэш-памяти. Как утверждается в пресс релизе, это первое ядро в отрасли, в которое интегрирована статическая память (SRAM) с интерфейсом прямой связи с процессором и однотактным чтением/записью, что позволяет достичь более быстрого исполнения, лучшего циклического детерминизма при меньшем энергопотреблении.

Другие интересные новости:

▪ Воздух храма опасен для здоровья

▪ Беспилотный автомобиль вычислит лихачей

▪ Спортсменам вредят любые удары по голове

▪ Mercedes сделает грузовики экономичнее

▪ Археоптерикс - не птица

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Инструменты и механизмы для сельского хозяйства. Подборка статей

▪ статья Эрве Базен. Знаменитые афоризмы

▪ статья Где находится музей, в котором можно ходить внутри гигантского дождевого червя? Подробный ответ

▪ статья Княженика обыкновенная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Автоматический выключатель освещения на микроконтроллере с функцией ночника и плавной регулировки освещения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Детектор и детектирование. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026