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:

Открыты нейронные механизмы кашля и чихания 02.10.2024

Хронический кашель представляет собой сложное и трудноизлечимое состояние, которое требует эффективных терапевтических подходов. На сегодняшний день наибольшую популярность имеют опиаты, такие как кодеин, но их побочные эффекты, включая риск привыкания, ограничивают возможность их использования. В таких случаях, особенно при тяжелых аллергических реакциях или вирусных инфекциях, кашель может достигать такой силы, что пациенты теряют сознание. Это подчеркивает необходимость поиска более безопасных и эффективных методов лечения. Недавнее исследование группы ученых из Сент-Луиса внесло ясность в нейронные механизмы, ответственные за кашель и чихание. Исследование показало, что существуют специфические группы нервных клеток, отвечающие за эти рефлексы. Нейроны, регулирующие чихание, располагаются в носовых ходах, в то время как нейроны, ответственные за кашель, находятся в трахее. Каждая из этих групп нейронов имеет свою механику активации и отправляет сигналы в ствол мозга, где инициир ...>>

Живопись точной физики 02.10.2024

Известная картина Винсента Ван Гога "Звездная ночь" продолжает вдохновлять ученых и искусствоведов благодаря своим уникальным особенностям. Новый детальный анализ этого произведения искусства показал, что в нем можно увидеть поразительное сходство с "скрытой турбулентностью" в атмосфере Земли. Это открытие подчеркивает глубину понимания природных процессов, которое обладал культовый художник. Недавние исследования подтверждают, что "Звездная ночь" гораздо более интересна, чем кажется на первый взгляд. Турбулентное небо на картине, полное закрученных вихрей и ярких звезд, демонстрирует удивительные аналогии с невидимыми процессами динамики жидкостей, происходящими в реальной атмосфере. Ученые, проанализировав мазки и цветовые переходы на картине, обнаружили поразительное соответствие между художественными элементами и физическими явлениями. Соавтор исследования Юнсян Хуан, специалист в области гидродинамики и океанографии из Университета Сямэня в Китае, отметил: "Картина раскрывае ...>>

Зубная нить способна предотвратить проблемы с сердцем 01.10.2024

Здоровье полости рта играет важную роль не только в общем состоянии организма, но и в профилактике серьезных заболеваний. Последние исследования подтверждают связь между состоянием десен и сердечно-сосудистыми заболеваниями. В частности, пародонтит, распространенная инфекция десен, может оказаться более опасным, чем мы думали ранее. Исследование, проведенное учеными из Университета Хиросимы, обнаружило интересную связь между пародонтитом и фибрилляцией предсердий, что подчеркивает необходимость тщательной гигиены полости рта. Пародонтит - это воспалительное заболевание десен, которое может привести к их разрушению и даже потере зубов. Он характеризуется длительным воспалением, что, как показали исследования, может способствовать развитию других заболеваний, включая сердечно-сосудистые. Фибрилляция предсердий, или нерегулярное сердцебиение, является одним из таких состояний, и исследование показало, что воспалительные процессы, связанные с пародонтитом, могут играть в этом значительн ...>>

Случайная новость из Архива Звуковая пушка против умных устройств 06.08.2017 Компании Alibaba Security представила технологию воздействия звуком и ультразвуком на "умные" устройства, работа которых зависит от функционирования гироскопов, акселерометров и других датчиков на основе микроэлектромеханических систем (microelectromechanical systems, MEMS). Такая звуковая "пушка" теоретически может использоваться для сбивания беспилотников, дезориентации роботов, систем виртуальной и дополненной реальности, и для нападения на системы самоуправляемых автомобилей-роботов. В большинстве гироскопических датчиков используются микроэлектромеханические системы с одним или двумя механическими колебательными элементами. Каждый из этих элементов колеблется на собственной резонансной частоте, которая зависит от пространственного положения датчика, от скорости движения и от ускорения. А сигнал такого датчика является результатом вычитания или сложения частот колебаний чувствительных элементов. Внешний источник колебаний, частота которых соответствует резонансной частоте колебаний элементов датчика, может вмешаться в работу этого датчика, заставляя его передавать устройству искаженные и недостоверные данные. Ван Зэнгбо (Wang Zhengbo) и Ван Канг (Wang Kang), исследователи из Alibaba Security, продемонстрировали то, как их специально настроенный генератор ультразвука заставил перестать работать некоторые из узлов мобильных телефонов Apple iPhone 7 и Samsung Galaxy S7. В ходе дальнейшей демонстрации исследователи показали, как точно такой же метод выводит из строя беспилотник DJI, очки виртуальной реальности, и игрушечного робота, способного самостоятельно передвигаться и поддерживать равновесие. В меньшей степени уязвимость к данному виду нападения продемонстрировал электроскуттер Xiaomi, прочный пластиковый корпус которого подавлял акустические колебания, не давая им проникать в область расположения MEMS-датчиков. Однако в данном случае проблема легко решается лишь за счет увеличения мощности излучателя. Ученые продемонстрировали этот вид уязвимости устройств с MEMS-датчиками для того, чтобы производители учли это и приняли соответствующие меры. Благо, что сделать это можно достаточно просто, путем размещения вокруг датчиков или управляющих контроллеров специальной звукоизоляции, эффективно работающей в области резонансных частот датчиков. И такие методы защиты должны стать неотъемлемой частью устройств, неправильная работа которых может стать угрозой для жизни или здоровья человека.

Другие интересные новости:

▪ Тестовые модули TG700 для генерации видеотестов

▪ Размер подписи и самолюбование

▪ Как муравьишка домой спешил

▪ Ученые научились стирать воспоминания

▪ Внедрение системы автомобильной связи C-V2X

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Применение микросхем. Подборка статей

▪ статья Бойцовка. Советы моделисту

▪ статья Где в небе расположена Прикол-звезда? Подробный ответ

▪ статья Синезеленые водоросли. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Преимущества электронных трансформаторов для галогенных ламп. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Зарядное устройство для герметичных свинцовых (гелевых) аккумуляторов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2024