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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Кубики льда контролируют выпитый алкоголь 23.01.2013 Пьянство является одной из серьезнейших проблем в большинстве стран по всему миру. В малых дозах алкоголь даже полезен, он поднимает настроение и объединяет людей. Но даже не всякий взрослый, умудренный опытом человек знает свою меру. А наутро это аукается головной болью, провалами в памяти или, что еще хуже, не самыми приятными воспоминаниями. Решение предложил Дхария Данд (Dhairya Dand), студент Массачусетского технологического института. Данд разработал электронные "кубики льда", маленькие устройства, которые следят за объемами выпитого человеком спиртного и подают сигнал, когда пить больше не следует. Кубики выполняются в прозрачном корпусе, под которым скрываются разноцветные светодиодные огоньки, акселерометр, инфракрасный ресивер, а также элемент питания. При помощи акселерометра устройство аккуратно фиксирует число сделанных человеком глотков и вычисляет примерный объем принятого спиртного. В качестве забавного дополнения огоньки в кубиках мигают в такт внешних звуков, если дело происходит в ночном клубе, то получается что-то вроде светомузыки. Когда человек пьет свой первый бокал, кубик радостно мигает зеленым светом, сигнализируя о том, что никаких проблем пока не наблюдается, и можно продолжать приятное времяпрепровождение. На втором бокал кубик начинает мигать желтым, предупреждая, что норма принятого спиртного уже на исходе. А к третьему бокалу огонек уже становится красным, значит, пора прекращать пить, и лучше переключаться на другие радости жизни. По беспроводному протоколу кубик подключается к смартфону, и если человек не прекращает возлияния, мобильник отправляет установленное SMS-сообщение на заданный номер, чтобы проблемой занялось какое-нибудь ответственное лицо.

Другие интересные новости:

▪ Робот с рукой-щеткой для волос

▪ Кроссовки с GPS

▪ Умные наклейки помогут сердечникам

▪ Смартфон Nokia C5-03

▪ Генетики - к новому году

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электропитание. Подборка статей

▪ статья Истина сделает вас свободными. Крылатое выражение

▪ статья За что нам следует благодарить Томаса Крэппера? Подробный ответ

▪ статья Машинист автомобильного, гусеничного или пневмоколесного крана. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Электронный судья для игры Кто быстрее? Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Палиндромы. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026