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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Лунный телескоп из подручных материалов 13.11.2008 Группа сотрудников Центра космических полетов имени Годдарда (США) проектирует на Луне гигантский телескоп-рефлектор из подручного материала - лунной пыли. Смешав порошок из земных минералов, по составу и размеру зерен имитирующий лунную пыль, с углеродными нанотрубками и эпоксидной смолой в качестве связующего, исследователи получили материал вроде бетона. Остается сформировать из этого материала чашу с ровной параболической поверхностью и напылить ее тонким отражающим слоем алюминия, что в условиях лунного вакуума будет не слишком трудно. Диаметр лунного рефлектора должен составить 50 метров, и в идеальных условиях Луны (нет атмосферы и всех связанных с ней помех) такой гигант позволит впрямую наблюдать планеты у других звезд.

Другие интересные новости:

▪ Виды спорта, продлевающие жизнь

▪ Стиральная машина Siemens iQ700

▪ Роботы-собаки полетят на Марс

▪ Климатический декодер

▪ Сетевое хранилище TerraMaster F5-221

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заводские технологии на дому. Подборка статей

▪ статья Природные ЧС биологического происхождения (массовые заболевания): эпидемии, эпизоотии. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Какие представители животного мира, кроме людей и дельфинов, обладают уникальными именами? Подробный ответ

▪ статья Турецкий узел. Советы туристу

▪ статья Диагностический прибор для автомобильного двигателя с контролером BOSCH. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Сетевой Гальванический элемент 373, 220/1,5 вольт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026