Транзисторный УМЗЧ на пути к совершенству. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Усилители мощности транзисторные

 Комментарии к статье

Обычно, рассматривая работу УМЗЧ, предполагают, что его нагрузка чисто активная. Однако громкоговоритель, да еще со сглаживающими фильтрами, представляет собой сложную комплексную нагрузку. При работе на комплексную нагрузку возникающий сдвиг фазы между напряжением и током на выходе усилителя приводит к тому, что при синусоидальных входных сигналах нагрузочная прямая превращается в эллипс. Положения рабочей точки (нагрузочная кривая) для реактивной нагрузки на выходных характеристиках триода и транзистора при усилении гармонического сигнала показаны на рис.1 и 2 соответственно.

Как видно из рис.1, выходные характеристики триода практически идеальны для комплексной нагрузки, какой является АС. Благоприятный спектр гармоник (не выше пятой) и высокая линейность в значительной степени определяют "мягкость" звучания ламповых усилителей. В то же время, однотактный транзисторный усилитель совершенно непригоден для работы на громкоговоритель, т.к. линия нагрузки заходит с одной стороны в область ограничения по допустимой мощности рассеяния на коллекторе (заштрихованная область, выше гиперболы), с другой - в нелинейные области при малых Uкэ.

Поперечный размер эллипса нагрузочной кривой зависит от индуктивной составляющей нагрузки, а продольный - от активной. При усилении импульсных сигналов, например типа "меандр", линия нагрузки представляет собой параллелограмм [1], что еще больше усугубляет положение. Амплитуда скачка напряжения в момент переключения (за счет ЭДС самоиндукции) зависит от отношения постоянной времени сигнала То к постоянной времени нагрузки T=L/R. При т>То с целью исключения вероятности пробоя выходных транзисторов (например в усилителях класса D с ШИМ) параллельно выходным транзисторам устанавливают обратновключенные диоды.

На рис.3 показаны нагрузочные характеристики двухтактного выходного каскада транзисторного УМЗЧ на семействе выходных вольт-амперных характеристик при чисто активной нагрузке (прямая) и при комплексной нагрузке (эллипс) в границах области безопасной работы (ОБР) транзисторов по постоянному току.

При этом максимальная мощность рассеяния на каждый транзистор плеча выходного каскада увеличивается пропорционально сдвигу фазы <р вектора нагрузки (рис.4). Типовое значение сдвига фазы обычно лежит в пределах 25...60°, но в редких случаях достигает 80°.

Поскольку импеданс акустической системы (АС) носит индуктивный характер, вектор которой Z1=RL+ZL имеет направление, противоположное направлению вектора емкостной нагрузки (рис.4), можно подобрать RC-цепочку (компенсатор Буше) с импедансом Z2=R+Zc, компенсирующую индуктивную составляющую нагрузки. В результате импеданс АС становится чисто активным и не зависит от частоты.

Условия компенсации [1]:

где RL - эквивалент активного сопротивления громкоговорителя (4...10 Ом); С = 0,1 мкФ.

Импульсный характер реального звукового сигнала и комплексный характер импеданса громкоговорителей приводят к тому, что пиковое значение выходного тока в 5...8 раз превышает максимальное амплитудное значение Im, соответствующее работе на активную нагрузку.

Так, например, при выходной мощности 60 Вт и сопротивлении нагрузки 4 Ом пиковое значение тока на выходе может иметь значение 5,5 А при активной нагрузке и 33 А при комплексной. Отсюда видно, насколько важно правильно подобрать компенсирующую RC-цепочку и иметь достаточный запас по мощности УМЗЧ.

На рис.5 представлена диаграмма работы оконечных транзисторов в режиме АВ, где Uo1, Uo2 - их начальное смещение; lo1, lo2 - ток покоя.

При абсолютной симметрии каскада суммарная характеристика представляет собой прямую линию, в противном случае имеет место изгиб в ту или другую сторону [3].

Звучание ламповой аппаратуры часто характеризуют такими эпитетами как "бархатное", "мягкое", "теплое", естественное и т.п. Чем это вызвано? В первую очередь тем, что у ламп уровень искажений при увеличении сигнала возрастает медленно, достигая величин нескольких процентов. Такую зависимость называют "монотонным искажением". Причем гармоники выше третьей практически отсутствуют. Не зря на смену усилителям класса Hi-Fi (High Fidelity - "высокая верность") приходят преимущественно ламповые усилители класса Hi End (High End - "высокий итог", "наивысший") с коэффициентом нелинейных искажений до 1%.

В транзисторных усилителях искажения низки только в рабочей области и резко возрастают при переходе ее границ. Характерной особенностью подавляющего большинства транзисторных усилителей является четкое ограничение выходного сигнала при перегрузке по напряжению в результате насыщения транзисторов предвыходного каскада (усилителя с ОЭ или с ОБ и его нагрузки - генератора тока, рис.6). Это ограничение не всегда симметрично, что приводит к резкому возрастанию высших гармонических составляющих (до 10% и более) и жесткому, "металлическому" звучанию. Как известно, "меандр" содержит около 30% нечетных гармоник. При этом полезная информация на вершинах сигнала на время перегрузки полностью заменяется продуктами искажений в чистом виде. В этом смысле вполне оправдано раздельное, двух -или трехполосное усиление сигналов. Так как уровень ВЧ-составляющих на 10...15 дБ ниже, их компрессирования и полного пропадания не будет.

Для уменьшения искажений подобного рода непосредственно на входе обычного УМЗЧ устанавливают амплитудный ограничитель (Limiter).

В многополосном УМЗЧ лимитер устанавливают не на общем входе, а только на входе усилителя НЧ. Кроме того, для усилителей с нестабилизированным источником питания необходимо учитывать возможное снижение напряжения сети.

Возможный вариант улучшения звучания одноканального усилителя с использованием ограничителя и отдельных активных регуляторов тембра показан на структурной схеме (рис.7). В этом варианте при наладке лимитера оставляют запас по перегрузочной способности усилителя для СЧ- и ВЧ-составляющих.

(нажмите для увеличения)

Амплитудная модуляция частот вблизи 50, 100 и 200 Гц на максимальной мощности УМЗЧ, питающегося от нестабилизированного источника, также вносит дополнительные искажения, придающие "басам" жесткость. Устранить этот вид искажений можно питанием УМЗЧ от стабилизированного источника напряжения с током нагрузки в импульсе не менее 20 А или увеличением глубины ООС на несколько порядков в области нижних частот с помощью интегратора [2].

Дополнительные призвуки вносит и самовозбуждение УМЗЧ во время переходных процессов и при работе на комплексную нагрузку.

Автор: А.Петров, г.Могилев; Публикация: Н. Большаков, rf.atnn.ru

Смотрите другие статьи раздела Усилители мощности транзисторные.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Дети, растущие рядом с природой, обретают крепкие кости 02.03.2026

Влияние окружающей среды на здоровье человека становится все более очевидным, особенно в детском возрасте. Новое исследование, опубликованное в журнале JAMA Network Open, показывает, что близость к природе напрямую связана с крепостью костей у детей. Ученые установили, что у детей, чьи дома окружены природными территориями в радиусе 1000 метров на 25% больше обычного, риск развития крайне низкой плотности костей снижается на 65%. Для проведения исследования были проанализированы данные более 300 детей, проживающих в городских, пригородных и сельских районах Фландрии в Бельгии. Плотность костной ткани у детей в возрасте от четырех до шести лет оценивалась с помощью ультразвуковых методов. Такой подход позволил безопасно и точно измерить состояние костей на ранних этапах формирования скелета. При анализе учитывались ключевые факторы, влияющие на рост и развитие детей: возраст, вес, рост, этническая принадлежность и уровень образования матери. На основании этих параметров исследоват ...>>

Самовосстанавливающаяся инфраструктура будущего 02.03.2026

Современные мосты и бетонные конструкции по всему миру сталкиваются с проблемой устаревания и износа. Многие сооружения, построенные до 1980-х годов, постепенно теряют свою несущую способность, что требует дорогого ремонта или полной замены. Недавние разработки ученых из Швейцарских федеральных лабораторий материаловедения и технологий (Empa) предлагают инновационное решение - систему укрепления бетонных конструкций с помощью "умной стали", способной самостоятельно устранять трещины и повреждения. В основе новой технологии лежит арматура из сплава на основе железа с эффектом памяти формы (Fe-SMA). Этот материал обладает уникальным свойством: при нагревании до 190-200 °C стержни стремятся вернуться к своей первоначальной конфигурации. В бетонной конструкции это создает внутреннее напряжение, которое затягивает трещины и выравнивает деформированные элементы, существенно повышая прочность и долговечность сооружений. Актуальность разработки объясняется критическим состоянием инфрастр ...>>

Поцелуи полезны для здоровья 01.03.2026

Вопрос о том, как социальные связи и близость с партнером отражаются на здоровье человека, привлекает внимание не только психологов, но и специалистов в области микробиологии. Новое исследование показывает, что совместное проживание с любимым человеком может оказывать значительное влияние на микробиом кишечника и общее самочувствие. Доктор Наоми Миддлтон, клинический психологи и эксперт по здоровью кишечника, объяснила, что все аспекты совместной жизни - поцелуи, совместное питание, физическая близость и даже просто пребывание рядом - тесно связаны с поддержанием сбалансированной кишечной микрофлоры. Она подчеркивает, что здоровье экосистемы кишечника во многом определяется социальными взаимодействиями и повседневной близостью с другими людьми. По словам Миддлтон, длительное совместное пребывание с партнером может способствовать увеличению микробного разнообразия в кишечнике, а также снижать воспалительные процессы, связанные со стрессом. Такой эффект обусловлен тем, что микробио ...>>

Случайная новость из Архива Кондиционер LG ARTCOOL AI Air 20.03.2025 Компания LG Electronics представила новый кондиционер ARTCOOL AI Air, оснащенный искусственным интеллектом AI Core-Tech, который обеспечивает оптимизацию контроля температуры и энергопотребления в помещениях. Этот инновационный прибор не только дарит комфорт, но и помогает эффективно экономить энергию, адаптируясь под повседневные нужды пользователя. Кондиционер использует передовые алгоритмы для анализа привычек пользователей и автоматически регулирует силу и направление потока воздуха в зависимости от планировки комнаты и положения людей. Система может адаптироваться в реальном времени, чтобы создать максимально комфортные условия для каждого пользователя. Управление устройством можно осуществлять дистанционно с помощью приложения LG ThinQ, что добавляет удобства в повседневное использование. Также предусмотрена функция Sleep Timer+, которая ночью адаптирует температуру, улучшая качество сна. ARTCOOL AI Air выполнен в современном минималистическом стиле с черным зеркальным стеклом на передней панели и элегантной решеткой в нижней части, что придает устройству утонченный и стильный внешний вид. Горизонтальные планки решетки обеспечивают равномерное распределение воздуха, создавая эффект 180-градусного "распространения ветра", что способствует мягкому и комфортному потоку воздуха по комнате. Кроме того, кондиционер оснащен инновационными функциями экономии энергии. В приложении ThinQ доступна функция AI kW Manager, которая отслеживает потребление электроэнергии в реальном времени и позволяет пользователю установить лимиты на использование устройства. Также кондиционер имеет встроенные датчики, предотвращающие ненужные затраты энергии. Например, функция обнаружения открытого окна автоматически переводит устройство в энергосберегающий режим, когда температура в помещении внезапно меняется. В то же время датчик обнаружения людей включает энергосберегающий режим, когда в комнате никого нет, обеспечивая значительную экономию электроэнергии. Кондиционер LG ARTCOOL AI Air является отличным примером сочетания передовых технологий и функционального дизайна. Это устройство не только эффективно регулирует климат в помещении, но и помогает снизить энергозатраты, предлагая пользователю высокий уровень комфорта и экономичности.

Другие интересные новости:

▪ Биотопливо по цене 1 евро за литр

▪ Древние люди могли видеть динозавров

▪ Микропластик в крови человека

▪ Процессоры MD Elite A-серии Richland

▪ Складной дрон DJI Mavic Mini

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Ваши истории. Подборка статей

▪ статья Прийтись не ко двору. Крылатое выражение

▪ статья Что изучают этика и эстетика? Подробный ответ

▪ статья Функциональный состав телевизоров Happi. Справочник

▪ статья Обогреватели. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Стрелочные индикаторы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026