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:

Донорское сердце способно быстро перенимать биологический возраст реципиента 12.10.2026

Возраст органов определяется не только количеством прожитых лет. На молекулярном уровне ткани могут стареть с разной скоростью, а после пересадки, как показывают новые эксперименты, их биологические характеристики способны заметно меняться под воздействием организма, в который они попадают. Исследователи из Бостона обнаружили, что молодые донорские сердца после трансплантации довольно быстро приобретают признаки биологического возраста реципиента, тогда как более старые органы могут, напротив, демонстрировать признаки омоложения. Чтобы оценить эти изменения, ученые применили три так называемых "часа старения" - молекулярных инструмента, позволяющих приблизительно определять биологический возраст клеток и тканей. В отличие от обычного календарного возраста, такие показатели отражают состояние организма на уровне определенных молекулярных изменений. Именно их анализ позволил специалистам проследить, как меняются пересаженные сердца спустя несколько месяцев после операции. Основные ...>>

Samsung Galaxy Buds On: клипсы с искусственным интеллектом вместо внутриканальных наушников 12.10.2026

Беспроводные наушники превратились в одно из самых привычных персональных электронных устройств, однако их конструкция по-прежнему во многом определяется необходимостью размещать излучатель внутри или непосредственно у слухового канала. Компания Samsung решила попробовать другой подход. Представленная модель Galaxy Buds On получила формат наушников-клипсов, которые закрепляются непосредственно на ухе и оставляют слуховой канал открытым. Samsung позиционирует новинку как устройство для продолжительного ношения, тренировок и прогулок, а также для ситуаций, когда пользователю важно одновременно слушать музыку и не терять связь с окружающей обстановкой. В отличие от традиционных внутриканальных моделей, Galaxy Buds On практически не изолируют человека от внешнего мира. При этом речь идет не об экспериментальном прототипе или утечке: официальная информация об устройстве уже опубликована в Samsung Newsroom. Открытая конструкция имеет и очевидный недостаток - добиться такой же глубины н ...>>

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Случайная новость из Архива Локатор пепла и золы 17.05.2012 Английский физик Фред Прата, работающий в Норвежском институте исследований атмосферы, создал инфракрасную цифровую камеру, монтируемую под крылом самолета, которая видит издалека вулканическое облако пепла и золы. Как известно, такое облако из исландского вулкана вызвало весной 2010 года кризис в авиасообщениях почти во всей Европе. В самолете, летящем на высоте 10 километров, камера способна заметить пепел с расстояния 100 километров и больше, что дает пилоту 10 минут для маневра. Система прошла испытания в ноябре 2011 года над Этной, которая тогда как раз дымила. Как утверждает изобретатель, если снабдить его установками все авиалайнеры, в случае извержений отменять полеты не придется. А если поставить инфракрасные камеры хотя бы на сто рейсовых самолетов, этого будет достаточно для оперативного изучения и прогноза обстановки над всей Европой.

Другие интересные новости:

▪ NEC объявил войну пиратским аккумуляторам

▪ Пассивное охлаждение автомобильного салона

▪ Космический паром

▪ Высокопроизводительное семейство PIC32 с большим объемом памяти

▪ Найден секрет идеального кофе

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Охрана труда. Подборка статей

▪ статья Все ушли на фронт. Крылатое выражение

▪ статья Что такое сновидение? Подробный ответ

▪ статья Запыленность и загазованность производственных помещений

▪ статья Краска для мрамора и алебастра. Простые рецепты и советы

▪ статья Желатиновый студень испытываем на клейкость. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026