Особенности УМЗЧ с высоким выходным сопротивлением. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Усилители мощности транзисторные

 Комментарии к статье

По многим эксплуатационным параметрам превосходство УМЗЧ на интегральных микросхемах над УМЗЧ на лампах ныне вне сомнения. Однако не всегда их превосходство подтверждается экспертными оценками качества звучания. Не случайно наши читатели проявляют повышенный интерес к мерам, уменьшающим интермодуляционные искажения в транзисторных усилителях. В предлагаемой статье рассмотрены структуры усилителей с высоким выходным сопротивлением, снижающих эти искажения. Рекомендуем также ознакомиться с содержанием двух первых статей, указанных в литературе.

Анализ статей, опубликованных в [1] и [2], показывает полное совпадение сделанных в них выводов о возможности улучшения качества звуковоспроизведения при возбуждении электродинамического громкоговорителя (ЭДГ) от УМЗЧ с высоким выходным сопротивлением (Rвых) за счет уменьшения интермодуляционных искажений (ИИ). Однако источники возникновения ИИ, описанные в упомянутых статьях, принципиально различны. Если в первой из них основной причиной искажений предполагаются изменения импеданса ЭДГ, то во второй утверждается, что источником ИИ является и УМЗЧ, где возникает интермодуляция усиливаемого сигнала и отклика от ЭДГ, поступающего по цепи общей ООС с выхода усилителя.

Рассмотрим возможные принципы построения УМЗЧ с высоким выходным сопротивлением в соответствии с рекомендациями в [1] и [2].

Наиболее простая модификация усилителя для снижения чувствительности системы УМЗЧ - громкоговоритель к изменению импеданса, как указано в [1], возможна путем замены в УМЗЧ общей ООС по напряжению на ООС по току. Так как при этом необходимое значение Rвых достигается за счет глубокой ООС по току, то выходное сопротивление УМЗЧ без ООС может быть достаточно мало. Это создает широкие возможности для доработки самых распространенных УМЗЧ как в интегральном исполнении, так и на биполярных или полевых транзисторах с эмиттерным (истоковым) повторителем в выходном каскаде.

Упрощенный вариант структуры цепи общей ООС приведен на рис. 1, где датчиком ООС по току служит резистор Rоcз. включенный последовательно с ЭДГ В этой схеме увеличение импеданса ЭДГ с повышением частоты приводит к уменьшению глубины ООС и соответствующему подъему АЧХ с крутизной, не превышающей 6 дБ на октаву. При этом необходимая коррекция АЧХ достигается применением простейшей цепи Rк1Cк1, показанной на рис. 1 пунктиром.

К особенностям УМЗЧ с высоким выходным сопротивлением относится необходимость увеличения напряжения питания на 20...30 % для обеспечения повышенного выходного напряжения из-за изменений импеданса ЭДГ [1].

Оценим применимость УМЗЧ со структурой по схеме на рис. 1 для снижения ИИ, рассмотренных в [2], где основным требованием является исключение условий для воздействия отклика от ЭДГ на усиление других сигналов в петле ООС. Как следует из свойств выходного каскада А1 (см. рис. 1), это требование не выполняется из-за проникновения отклика ЭДГ (в виде ЭДС) в цепь ООС через малое выходное сопротивление исходного усилителя.

Анализ различных схемотехнических решений УМЗЧ показывает, что удовлетворение изложенных в [2] требований к УМЗЧ с низкими интермодуляционными искажениями возможно только при применении выходного каскада УМЗЧ с высоким значением собственного выходного сопротивления (без общей ООС). Это обычно достигается в УМЗЧ с выходным каскадом на транзисторах, включенных по схеме с общей базой (ОБ) или общим эмиттером (ОЭ). То же относится и к каскадам на полевых транзисторах - соответственно для схем с общим затвором (ОЗ) и общим истоком (ОИ).

Известно, что схема включения транзисторов с ОБ (ОЗ) обеспечивает наиболее высокое значение Rвых каскада. При этом, однако, малая величина его входного сопротивления и отсутствие усиления по току существенно ограничивают возможности ее применения. Пример такой структуры выходного каскада предложен в [3]. На рис. 2 показан фрагмент выходного каскада усилителя. Здесь мощные транзисторы VT1, VT2 усиливают сигнал лишь по напряжению. Транзисторы VT4, VT5 вместе с эмиттерными резисторами каскада стабилизируют его ток покоя в температурном диапазоне, а транзисторы VT3, VT6 ограничивают максимальный ток базы выходных транзисторов. Существенным недостатком этого варианта является двухканальный источник напряжения питания, не соединенный с общим проводом.

Использование в выходном каскаде транзисторов, включенных по схеме с ОЭ (ОИ), имеет большее распространение вследствие достаточно больших значений входного сопротивления каскада и усиления по току и напряжению. При необходимости увеличения Rвых каскада возможно применение дополнительной местной последовательной ООС по току путем включения резисторов в эмиттерные (истоковые) цепи, как, например, в [4] и [5].

Использование исходного УМЗЧ с высоким Rвых не исключает возможности одновременного применения и общей ООС по току при соответствующем увеличении Rвых и повышении точности преобразования входного напряжения в выходной ток.

В этом случае упрощенный вариант схемы УМЗЧ, отвечающей изложенным в [2] условиям, совпадает со схемой УМЗЧ на рис. 1. Таким образом, принципиальное различие в параметрах УМЗЧ для версий по [1] и [2] заключается только в величине Rвых исходного усилителя и необходимости увеличения напряжения питания на 20...30 %. Это необходимо для исключения искажений отклика ЭДГ. Если возникает недостаток напряжения питания, происходит ухудшение качества звуковоспроизведения.

При практической реализации УМЗЧ для решения задач, изложенных в [2], следует учитывать некоторые из его особенностей. Например, лучшая устойчивость в работе достигается в УМЗЧ с инвертирующим входом при минимальном числе каскадов усиления с местной ООС. При возможности следует исключать применение интегральных ОУ или использование их для усиления по напряжению не более 20 дБ.

Не нужно стремиться к получению тысячных долей процента нелинейных искажений, достаточно ограничиться их значением около 0,1...0,2%. Основные усилия необходимо направить на сокращение спектра и частотной зависимости гармонических искажений, их монотонное снижение при уменьшении уровня выходного сигнала.

Глубину общей ООС по току целесообразно ограничить значением 20...30 дБ, так как достаточно высокие параметры УМЗЧ обычно достигаются при коэффициенте преобразования входного напряжения в выходной ток не более 1... 1,5 А/В для выходной мощности 25...40 Вт при импедансе ЭДГ, равном 8 Ом.

Для уменьшения потерь по мощности сопротивление резистора ROC3 рекомендуется выбирать относительно малым. При этом может возникнуть необходимость включения дополнительного усилителя в цепь общей ООС с соответствующим усилением. Тогда коррекцию АЧХ в области высоких частот лучше производить в цепи его местной ООС.

С целью уменьшения искажений при воспроизведении атаки звукового сигнала следует выбирать параметры элементов коррекции Rk2, Ск2 исходя из необходимого запаса по устойчивости, а коррекцию АЧХ в активных громкоговорителях проводить другими средствами.

Выбор схемы УМЗЧ производится по результатам сравнения достигнутых качественных характеристик, объективные измерения которых выполняют стандартными методами. При этом измерения выходного тока могут быть заменены измерениями напряжения, пропорционального выходному току, например, на резисторе ROC3. Бели необходимо прогнозирование результатов субъективной оценки качества (СОК) звуковоспроизведения, измерение нелинейных искажений УМЗЧ следует производить на шумовом сигнале [6], используя в качестве нагрузки реальный ЭДГ.

Оценку изменения качества звуковоспроизведения удобнее производить, пользуясь оперативным переключателем режимов работы УМЗЧ - с высоким или низким значением Rвых. При этом переключении ООС по току замещается обратной связью по напряжению, а элементы коррекции АЧХ отключаются.

Литература

1. Агеев С. Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление? - Радио, 1997, № 4, с. 14 - 16.
2. Алейнов А., Сырицо А. Улучшение звуковоспроизведения в системе УМЗЧ - громкоговоритель. - Радио, 2000, № 7, с. 16 - 18.
3. Mills P. G. L., Hawksford М. О. Trans-conductance Power Amlifier System for Current-Driven Loudspeakers. - JAES, vol. 37, 1989, № 10, p. 809 - 822.
4. Жбанов В. Высоколинейный термбста-бильный усилитель НЧ. - Радио, 1983, № 10, с. 44 - 46.
5. Петров А. Два усилителя мощности ЗЧ. - Радио, 2000, № 10, с. 14 - 16.
6. Сырицо А. Измерение нелинейных искажений на шумовом сигнале. - Радио, 1999, № 4, с. 29, 30.

Автор: А.Сырицо

Смотрите другие статьи раздела Усилители мощности транзисторные.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Случайная новость из Архива Беспроводной передача энергии Солнца из космоса 25.05.2025 Идея передачи солнечной энергии из космоса на Землю звучит как сюжет из научной фантастики, однако сейчас она выходит на стадию реальных испытаний. Возможность собирать свет от Солнца вне атмосферы, где он не прерывается облаками и погодными условиями, и передавать эту энергию на поверхность Земли способна революционизировать мировую энергетику. В 2025 году Япония планирует сделать первый важный шаг в этом направлении, запустив спутник OHISAMA, что с японского переводится как "солнце". Это устройство станет первым в истории аппаратом, который будет передавать энергию с орбиты в виде микроволн на Землю. Спутник массой 180 килограммов будет размещен на низкой околоземной орбите на высоте около 400 километров и оснащен солнечной панелью площадью 2 квадратных метра. Энергия, собранная солнечными элементами, сначала аккумулируется в батарее, а затем преобразуется в микроволновой сигнал и направляется на наземную антенну в японском городе Сува. Приемная система будет занимать площадь более 600 квадратных метров и включать 13 отдельных приемников, способных эффективно захватывать сигнал, несмотря на высокую скорость спутника - свыше 28 тысяч километров в час. Стоит отметить, что мощность, передаваемая OHISAMA, пока невелика - всего один киловатт, что сопоставимо с энергопотреблением небольшой бытовой техники, например кофеварки. Тем не менее ключевая задача проекта - доказать, что такая технология возможна в принципе. Это первый шаг к более масштабным разработкам, способным в будущем обеспечить электричеством целые города без зависимости от погодных условий и времени суток. История идеи передачи энергии из космоса начинается еще с 1968 года, когда физик Питер Глейзер впервые выдвинул концепцию солнечных электростанций на орбите. Однако долгое время реализация оставалась невозможной из-за дороговизны запуска ракет и отсутствия технологий для беспроводной передачи энергии на большие расстояния. С появлением многоразовых ракетных систем, таких как Starship от SpaceX, а также прогрессом в робототехнике и микроволновых технологиях, проект вновь привлек внимание ученых и инженеров. Япония не единственная страна, испытывающая подобные технологии. Например, в 2020 году военно-морские силы США провели эксперимент PRAM, в ходе которого солнечная энергия превращалась в микроволны на борту орбитального аппарата X-37B. А в 2023 году исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech) запустили микроволновой модуль MAPLE, демонстрировавший успешную передачу энергии в космосе. Несмотря на успехи, все эти проекты пока остаются в стадии тестирования. В то же время специалисты NASA обращают внимание, что на данный момент себестоимость электроэнергии, производимой с помощью космических систем, в десять раз превышает цену традиционных источников и достигает около 61 цента за киловатт-час. Тем не менее растущий интерес к проектам свидетельствует о том, что прорыв в данной области вполне возможен. Если миссия OHISAMA пройдет успешно, это станет отправной точкой для создания больших орбитальных электростанций, способных обеспечить стабильное и экологически чистое энергоснабжение. Несмотря на существующие технические и экономические трудности, первые успешные эксперименты дают надежду на то, что в будущем энергия "космического солнца" сможет стать важной частью энергетического баланса нашей планеты, значительно снижая зависимость от ископаемых источников и способствуя устойчивому развитию человечества.

Другие интересные новости:

▪ Электрический кроссовер Lexus RZ 450e

▪ Фобос будет разрушен Марсом

▪ Ген проказы

▪ Дизель с пальмы

▪ Гибкие емкостные сенсоры TouchTurns

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Защита электроаппаратуры. Подборка статей

▪ статья Сущность и классификация ЧС социального характера. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Что делают работники палочками для еды при найме на работу к азиатским производителям микросхем? Подробный ответ

▪ статья Фасоль лунообразная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Лаки, политуры. Простые рецепты и советы

▪ статья Торфяные электроустановки. Защита. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026