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:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива Нейтринный лазер 30.04.2026 Нейтринный лазер - это гипотетическое устройство, способное управлять потоками одних из самых трудноуловимых частиц во Вселенной. Такая разработка открывает новые горизонты в изучении фундаментальных законов природы и может изменить представления о космосе. Идею нового типа излучателя представили физики из Massachusetts Institute of Technology, предложив лазер, который вместо света генерирует поток нейтрино. Эти частицы, почти не взаимодействующие с материей, настолько слабо проявляют себя, что их часто называют "частицами-призраками". Тем не менее они пронизывают все вокруг: по оценкам, триллионы нейтрино ежесекундно проходят через человеческое тело, не оставляя следа. Несмотря на их колоссальную распространенность во Вселенной, нейтрино остаются одними из наименее изученных частиц. Их крайне сложно регистрировать, а еще сложнее контролировать, поэтому традиционно их получают в крупных установках вроде ядерных реакторов или ускорителей частиц. Такие комплексы требуют огромных затрат и не позволяют управлять потоком нейтрино с высокой точностью. Концепция нейтринного лазера предлагает принципиально иной подход. Устройство, по задумке исследователей, должно быть относительно компактным и даже потенциально настольным, при этом способным формировать направленные и интенсивные пучки нейтрино. В основе идеи лежит аналогия с обычными лазерами, где свет создается за счет синхронизированного излучения фотонов. В классическом лазере атомы сначала переводятся в возбужденное состояние, а затем стимулируются к одновременному испусканию фотонов, формируя когерентный световой луч. В предлагаемой модели нейтринного лазера фотон заменяется на нейтрино, а ключевую роль играет особая квантовая организация вещества. Для реализации такого процесса физики предполагают использовать облако радиоактивных атомов рубидия-83, охлажденное до температур ниже тех, что наблюдаются в межзвездном пространстве. В этих экстремальных условиях атомы переходят в состояние конденсата Бозе-Эйнштейна, в котором множество частиц начинает вести себя как единая квантовая система. В таком состоянии, как предполагается, радиоактивный распад атомов может происходить синхронно, а не случайным образом. В обычных условиях период распада рубидия-83 составляет недели, однако в конденсате Бозе-Эйнштейна этот процесс может ускоряться до нескольких минут, что приводит к более интенсивному выбросу нейтрино. Дополнительным механизмом усиления эффекта выступает надизлучение - квантовое явление, при котором частицы излучают одновременно, усиливая общий сигнал. В результате теоретически может сформироваться устойчивый и направленный поток нейтрино, напоминающий по своей структуре лазерный луч. Ранее подобный сценарий считался практически недостижимым. Если нейтринный лазер удастся реализовать на практике, он может радикально расширить возможности физики элементарных частиц. Ученые надеются, что с его помощью удастся точнее изучить свойства нейтрино, а также приблизиться к разгадке таких фундаментальных загадок, как природа темной материи и причины доминирования материи над антиматерией во Вселенной. Кроме фундаментальной науки, у технологии возможны и прикладные перспективы. Благодаря способности нейтрино проходить сквозь практически любые материалы, подобный лазер теоретически может использоваться для связи через плотные среды, включая Землю или океанические глубины, где традиционные сигналы не работают. Пока же нейтринный лазер остается исключительно теоретической моделью, поскольку его реализация требует преодоления значительных технических и физических трудностей. Тем не менее исследователи из Massachusetts Institute of Technology сохраняют оптимизм, предполагая, что в будущем создание рабочего прототипа все же может оказаться возможным.

Другие интересные новости:

▪ Формат HD-DVD одобрен

▪ Измеритель запахов

▪ Новый дельта-сигма АЦП

▪ Поезд-дирижабль

▪ TPS65135 - DC-DC источник двухполярного питания c одним дросселем

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Гражданская радиосвязь. Подборка статей

▪ статья Буцефал. Крылатое выражение

▪ статья Почему люди не могут дышать и глотать одновременно? Подробный ответ

▪ статья Бухгалтер. Должностная инструкция

▪ статья О подключении квартирных звонков. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Тестер для проверки мониторов на PIC-контроллере. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026