Комбинированная обратная связь в УМЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Усилители мощности транзисторные

 Комментарии к статье

Экспериментируя с комбинацией различных видов общей обратной связи в УМЗЧ, автор статьи добился положительного эффекта сочетания малого выходного сопротивления на низких частотах и большого - на средних и высоких. Подобный вариант частотно-зависимого выходного сопротивления следует рекомендовать, в первую очередь, для усилителей, работающих с широкополосными динамическими головками, например, в телевизорах и простой звуковоспроизводящей аппаратуре. Доработка усилителя несложная, а улучшение звучания заметно не только искушенному аудиофилу.

Как показано в [1, 2], для резкого уменьшения интермодуляционных искажений динамического громкоговорителя, особенно заметных на средних и высоких частотах, выходное сопротивление УМЗЧ должно быть намного больше сопротивления звуковой головки. С другой стороны, работа АС с таким усилителем нередко приводит к ухудшению качества звучания на низких частотах из-за неравномерности АЧХ в области резонанса.

Существующее противоречие в требованиях к УМЗЧ для всей полосы частот можно преодолеть, применив в усилителе комбинированную обратную связь.

Известно, что для повышения выходного сопротивления в УМЗЧ используют ООС по току нагрузки (ООСТ). Как показано в [3], собственные колебания диффузора головки эффективно подавляются УМЗЧ, в котором одновременно действует две цепи обратной связи: отрицательная по напряжению (ООСН) на нагрузке и положительная - потоку нагрузки (ПОСТ). Эта комбинация двух видов обратной связи в УМЗЧ может создавать отрицательное выходное сопротивление. Такой режим используется, как правило, на частотах ниже 200 Гц, что, с одной стороны, обеспечивает эффективное демпфирование колебаний диффузора вблизи частоты механического резонанса большинства динамических головок НЧ и СЧ, а с другой - не возникает проблем с устойчивостью УМЗЧ, охваченного такой обратной связью.

Исходя из этого и была разработана схема устройства, реализующего идею частотно-зависимого выходного сопротивления УМЗЧ. Так, для улучшения качества звучания динамического громкоговорителя на частотах в области основного резонанса (обычно ниже 200 Гц) усилитель должен иметь некоторое отрицательное выходное сопротивление, а на частотах выше 200 Гц выходное сопротивление должно повышаться до единиц - десятков килоом. Необходимое значение параметра на НЧ выбирают в зависимости от сопротивления звуковой катушки динамической головки и ее акустического оформления, исходя из соображений и рекомендаций в [3, 4], либо ориентируясь на слух.

Структурная схема устройства изображена на рис. 1. Усилитель А1 - УМЗЧ без собственной цепи обратной связи; А2 - дифференциальный усилитель на ОУ; ФНЧ и ФВЧ - фильтры соответственно низкой и высокой частот с одинаковой частотой среза (в нашем случае f = 200 Гц); R3 - резистор датчика тока (R3R_H/10); R4 - резистор, регулирующий глубину ООСН.

Рис. 1. Структурная схема УМЗЧ

Работает устройство следующим образом. Часть УМЗЧ, состоящая из усилителя А2, ФНЧ, резисторов R3 и R4, является для усилителя А1 комбинацией двух видов обратной связи (ООСН и ПОСТ), реализующей отрицательнее выходное сопротивление УМЗЧ на низких частотах (ниже 200 Гц). Принцип работы УМЗЧ с ООСН и ПОСТ подробнейшим образом изложен в [3]. Часть же устройства, содержащая R2, R3 и ФВЧ, образует в УМЗЧ А1 параллельную ООС по току (ООСТ) нагрузки на частотах выше 200 Гц, что создает высокое выходное сопротивление УМЗЧ на этих частотах (режим источника тока для нагрузки).

Для проверки изложенной идеи был изготовлен макет УМЗЧ, принципиальная схема которого приведена на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная схема макета УМЗЧ

В качестве УМЗЧ А1 для макета была использована старая (из радиолюбительских "закромов") микросхема TESLA MDA2020 - аналог TDA2020 и отечественной К174УН11, а также самодельный громкоговоритель с одной головкой ЗГД-38Е (новое обозначение - 5ГДШ-1-4) сопротивлением 4 Ом, применявшейся в телевизорах. ФНЧ собран на элементах R3 и С2; ФВЧ - на элементах R4, С4; датчик тока - R8; делитель цепи ООСН - резисторы R10, R11. Подстроенный резистор R7, включенный параллельно датчику тока, служит для установки оптимального отрицательного выходного сопротивления УМЗЧ. Наличие в схеме резистора R1 обязательно для установки режима УМЗЧ по постоянному току.

Налаживание устройства производится в следующем порядке.

Вместо громкоговорителя подключают его резистивный эквивалент (R_н=4 Ом). Движки подстроенных резисторов R7 и R10(см. рис. 2) устанавливают в нижнее по схеме положение.

Включив питание, подают на вход УМЗЧ синусоидальный сигнал частотой 50 Гц такого уровня, чтобы на входу DA1 амплитуда напряжения составила 1 В (контроль по осциллографу). Регулировкой резистора R7 добиваются увеличения напряжения на выходе DA1 в p раз, где p - коэффициент увеличения, определяемый из следующих соотношений:

p=1/(1-R_вых/R_н) или R_вых=-R_н(1-1/p).

В собранном автором макете значение P=2, при этом выходное сопротивление УМЗЧ DA1 на частоте резонанса головки (около 70 Гц) стало отрицательным -2 Ом, обеспечив оптимальное (на слух) демпфирование головки ЗГД-38Е в использованном акустическом оформлении.

Далее подстроечным резистором R10 добиваются прежней величины (1 В) сигнала 50 Гц на выходе УМЗЧ DA1.

Вместо резистивного эквивалента подключают к УМЗЧ громкоговоритель. На этом настройка заканчивается.

Испытания макета показали его несомненное превосходство (заметное не только друзьям-аудиофилам) над тем же УМЗЧ с обычной ООСН по "прозрачности", разборчивости и обогащению средних и высоких частот. При воспроизведении же низких частот характерных призвуков недемпфированного диффузора не наблюдалось.

В макете для сравнения звучания легко реализовать режим "чистой" ООСТ во всей полосе звуковых частот. Для этого надо просто (при отключенном питании, конечно) перемкнуть конденсаторы С2 и С4 (см. рис. 2) перемычками. При этом электрическое демпфирование громкоговорителя исключается, что становится сразу заметно на слух.

Для желающих повторить или модифицировать схему УМЗЧ будут полезны следующие замечания:

Если вместо DA1 использовать УМЗЧ на дискретных элементах, он должен быть предварительно настроен вне рассматриваемой структуры со своей цепью ООСН по обычной методике (установка тока покоя, "нуля" на выходе, подбор цепи коррекции). Далее его цепь ООСН исключают, и УМЗЧ используют в структуре, показанной на рис. 2, возможно, со своим источником питания.

Если исходный УМЗЧ не обладает высоким входным сопротивлением по дифференциальному входу, можно уменьшить сопротивление резисторов R2, R3 и R4, пропорционально увеличив емкость C2, C4 для сохранения частоты среза около 200 Гц). Однако сопротивление R3 не должно быть менее 2 кОм.

При всех изменениях номиналов в схеме необходимо, чтобы выполнялись следующие соотношения:

1+R10/R11=R_н/R8;
R4=R2;
R_н/R8>10;
τ=R3C2=R4C4;
f_ФВЧ=f_ФНЧ=1/(2πτ)=200 Гц.

Здесь под R_н понимается паспортное значение сопротивления головки на частоте f=1000Гц.

Рассматриваемая структура усилителя принципиально работает либо с одиночным динамическим громкоговорителем, либо с групповым излучателем, собранным из однотипных широкополосных головок, включенных согласно параллельно или согласно последовательно либо в комбинации, для получения требуемого сопротивления и мощности.

В громкоговорителях, имеющих в своем составе пассивные разделительные фильтры, с таким УМЗЧ, вероятной возникнут искажения АЧХ по звуковому давлению, так как для большинства фильтров необходимо низкое выходное сопротивление источника сигнала во всем диапазоне звуковых частот [1].

УМЗЧ с частотно-зависимым выходным сопротивлением, на мой взгляд, применим, в первую очередь, в радиоаппаратуре с одиночной головкой, встроенной в корпус, или отдельного громкоговорителя с широкополосной головкой. Такой усилитель будет работать также эффективно и в полосе СЧ трехполосных громкоговорителей (с разделительным фильтром на входе и усилителями для каждой полосы), где он успешно "поборется" с паразитными призвуками, возникающими несмотря на акустическое демпфирование и высокий порядок активных разделительных фильтров. При этом сохранятся "прозрачность" и "воздух" звучания. Присущие усилителю с ООСТ.

Этот УМЗЧ можно рекомендовать для самоделок начинающих аудиофи-лов, желающих почувствовать "старый ламповый" звук, но не желающих возиться с намоткой выходных трансформаторов (да и старые книги о расчетах ламповых усилителей найти сложно). Но это, конечно, при условии, что в качестве DA1 использован "достойный" УМ3Ч с исходно низким уровнем искажений, но не обязательно с большой выходной мощностью - вполне достаточно 3-15 Вт (при напряжении питания ±15...17,6). Источник питания для таких усилителей может быть общим.

Литература

1. Агеев С. Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление? - Радио, 1997, № 4, c. 14-16.
2. Алейноо Д. Сырицо А. Улучшение звуковоспроизведения в системе УМЗЧ - громкоговоритель. - Радио, 2000, № 7, с. 16-18.
3. Салтыков О. ЭМОС или отрицательное выходное сопротивление? - Радио, 1981, № 1, с. 40-44.
4. Салтыков О., Сырицо А. Звуковоспроизводящий комплекс. Громкоговоритель. - Радио, 1979, № 7, с. 28-31.

Комментарий специалиста

Основное достоинство УМЗЧ, предложенного автором, заключено в простоте дополнительных цепей обратной связи для "традиционных" УМЗЧ.

При реализации предложенной идеи следует учитывать некоторые ее особенности.

Во-первых, улучшение звуковоспроизведения УМЗЧ, работающего на электродинамический громкоговоритель (ЭДГ) за счет использования отрицательного выходного сопротивления, достигается на низких частотах только для определенных соотношений параметров звуковой головки с ее акустическим оформлением. Во-вторых, возможности улучшения звуковоспроизведения в комплексе УМЗЧ - ЭДГ на средних и высоких частотах ограничены примененным способом достижения высокого выходного сопротивления УМЗЧ - за счет ООСТ в "традиционном" УМЗЧ с малым выходным сопротивлением.

При таком решении, действительно, происходит уменьшение интермодуляционных искажений, вызываемых изменением импеданса ЭДГ при нагреве звуковой катушки и нелинейностью для большой амплитуды ее колебаний в магнитной системе, а также снижения искажений а ЭДГ при электроакустическом преобразовании. Однако уменьшение искажений из-за отклика ЭДГ происходит наиболее эффективно лишь при использовании УМЗЧ с исходно большим (без OОC) выходным сопротивлением.

В предложенном УМЗЧ дополнительные искажения АЧХ могут быть следствием неточного согласования АЧХ в фильтрах ФНЧ(RЗ, С2)и ФВЧ(С4, R4).

Рассмотренная в статье структура применима для УМЗЧ, работающего на ЭДГ с одной или несколькими широкополосными головками (без разделительных фильтров). В многополосных активных ЭДГ такой УМЗЧ не нужен, так как при этом отсутствуют противоречия в величине выходного сопротивления УМЗЧ.

Автор: Л. Сырицо, г. Москва; Публикация: radioradar.net

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 Видеоигры как способ улучшения психического здоровья 22.08.2024 Тема влияния видеоигр на психическое здоровье долгое время была предметом споров среди исследователей. Однако новое исследование, проведенное японскими учеными, предлагает свежий взгляд на этот вопрос, подчеркивая, что видеоигры могут приносить не только вред, но и пользу. В рамках исследования был проанализирован опыт почти 100 тысяч геймеров, что позволяет сделать выводы с высокой степенью достоверности. Пандемия Covid-19 стала временем серьезных изменений в образе жизни людей. В условиях социальной изоляции многие обратились к видеоиграм как к способу отдыха и взаимодействия с внешним миром. В результате, количество игроков во всем мире превысило три миллиарда, а такие консоли, как Nintendo Switch и PlayStation 5, стали настолько популярны, что их продажа часто проводилась через лотереи из-за дефицита. Японские ученые воспользовались этой ситуацией, чтобы провести уникальное исследование. В нем приняли участие более 97 тысяч человек в возрасте от 10 до 69 лет, из которых около 8 тысяч были участниками лотерей по розыгрышу консолей. Основной целью было выяснить, как обладание игровой консолью влияет на психическое здоровье людей в реальных условиях жизни. Результаты исследования показали, что, несмотря на некоторые незначительные негативные последствия, положительное влияние видеоигр на психическое состояние значительно преобладает. Владельцы консолей отмечали более высокий уровень удовлетворенности жизнью и сниженный уровень стресса. Это подчеркивает тот факт, что видеоигры могут служить эффективным способом снижения напряжения и улучшения эмоционального состояния. Однако ученые также обнаружили, что продолжительность игрового времени имеет важное значение. Игры более трех часов в день могут снизить положительный эффект, приводя к увеличению усталости и раздражительности. Важно отметить, что выбор консоли и индивидуальные особенности игроков также могут оказывать влияние на то, как видеоигры сказываются на психическом состоянии. Видеоигры могут быть полезным инструментом для улучшения психического здоровья, особенно в условиях стресса и социальной изоляции. Тем не менее, умеренность в игровом времени и учет индивидуальных предпочтений остаются ключевыми факторами для достижения положительного эффекта. Это открывает новые перспективы для использования видеоигр как средства поддержки психического здоровья в современных условиях.

Другие интересные новости:

▪ Гибкие часы

▪ Новые модули Bluetooth 5.0 от STMicroelectronics

▪ Профилактика лавин

▪ DS2711, DS2712 - микросхемы зарядных устройств для никель-металлгидридных батарей

▪ Аналого-цифровой преобразователь ADS5500

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Искусство видео. Подборка статей

▪ статья Орать (кричать) благим матом. Крылатое выражение

▪ статья Как действуют суставы? Подробный ответ

▪ статья Электрослесарь строительный. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Основные величины электрического тока. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья По часам. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026