|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Wzmocnienie wielokanałowe w UMZCH z wyjątkowo głębokim OOS. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Tranzystorowe wzmacniacze mocy Autor proponuje oryginalną wielokanałową strukturę tranzystora UMZCH. Ten wzmacniacz osiąga bardzo niskie zniekształcenia dzięki wielopętlowemu sprzężeniu zwrotnemu. Szerokopasmowy (do 100 MHz) OOS jest osiągany w głównym kanale małej mocy z bardzo małym opóźnieniem. W rzeczywistości autor opracował precyzyjny szybki wzmacniacz. Co nie mniej ważne, powodem napisania artykułu była tocząca się wśród audiofilów debata na temat niebezpieczeństw związanych z OOS i ograniczeń w jego stosowaniu. Niestety, powierzchowne wrażenia to aż nadto, by oskarżyć OOS o niepoprawność. Oczywiście krytyka głębokich NOS nie jest na ogół poważna; przyczyny negatywnego wyniku należy szukać w konstrukcji obwodu wzmacniaczy. W urządzeniach odbiornik-wzmacniacz do celów zawodowych i wojskowych na częstotliwościach do 1 GHz [1] zaleca się stosowanie kaskad z właśnie NFB, jako zapewniających maksymalny zakres dynamiczny i liniowość. Podobne zalecenia są realizowane w amatorskim sprzęcie radiowym [2]. Podstawowym kryterium liniowości „idealnego” wzmacniacza jest identyczność skali chwilowych wartości sygnałów wejściowych i wyjściowych. To właśnie OOS stabilizuje wzmocnienie wzmacniacza w zakresie parametrów określonych przez strukturę i rodzaj sprzężenia zwrotnego. O jakości stabilizacji decyduje margines wzmocnienia wewnątrz pętli CNF [3]. Margines wzmocnienia - ponad 120 dB w paśmie 20 kHz - współmierny do zakresu dynamicznego urządzenia, pozwala wygenerować sygnał wyjściowy z błędem mniejszym niż 0,0001%. Dlatego stosowanie wyjątkowo głębokiego sprzężenia zwrotnego należy uznać za obowiązkowe w celu zapewnienia wysokiej jakości wzmocnienia sygnałów szerokopasmowych i liniowości wzmacniaczy tranzystorowych. Niestety, pomimo dobrze znanych określeń tych pojęć, często są one interpretowane w dość dziwny sposób lub wręcz ignorowane, dlatego wymagany jest pewien komentarz. Kryteria i zasady ochrony środowiska Wielu konstruktorów UMZCH zwraca uwagę na fakt, że wzmacniacz musi mieć wysoką liniowość jeszcze przed pokryciem OOS. Jednak najważniejsze jest to, że UMZCH charakteryzuje się dużą liniowością w zakresie częstotliwości, którego okres jest zbliżony do czasu przejścia sygnału przez stopnie wzmocnienia objęte OOS. Ponieważ sprzężenie zwrotne nie działa już na tych częstotliwościach, nieliniowości i szumy prowokują pojawienie się składowych kombinowanych w procesie modulacji pasożytniczej w kaskadach UMZCH. W zakresie częstotliwości, w którym nadal działa NOS, możliwe są nieprzyjemne efekty, gdy skuteczność sprzężenia zwrotnego jest znacznie zmniejszona w pewnych warunkach [4]. Okazuje się, że sygnał na wyjściu wzmacniacza jest bardzo podobny do sygnału wejściowego, ale mimo to zawiera skomplikowaną plątaninę pasożytniczych elementów. W wyniku takiego wzmocnienia pojawiają się zniekształcenia multiplikatywne fazy, podobne do „jiggera” w kanałach transmisji cyfrowej. Za podstawę wysokiej liniowości należy uznać pracę urządzeń elektronicznych w trybie niskosygnałowym [5], zbliżonym do statycznego, gdyż zmiany ich parametrów elektrycznych pod wpływem sygnału lub czynnika destabilizującego są pierwotną przyczyną zniekształceń. Duży poziom sygnału prowadzi do zmian parametrów wzmacniających i czasowo-częstotliwościowych kaskad. Czas przejścia sygnału przez stopnie wzmacniacza zależy od wielu czynników, co prowadzi do pojawienia się zjawiska „jitter” niezależnie od obecności sprzężenia zwrotnego. Jednocześnie dla FOS fundamentalnie ważne jest, aby czas opóźnienia sygnału sprzężenia zwrotnego był wyjątkowo krótki, co w rzeczywistości jest zbliżone do czasu przejścia sygnału przez kaskady wzmacniaczy, ponieważ w tym czasie sygnał FOS jest opóźniony względem wejścia sygnał. Im większy poziom tego sygnału (tj. większe wzmocnienie) i czas opóźnienia sygnału, tym większa pasożytnicza modulacja i zniekształcenie. W związku z tym na przeciążalność kaskad nakładane są bardziej rygorystyczne wymagania. Przeciążenie kaskad blokuje stabilizujące funkcje ochrony środowiska. Prawdopodobieństwo przeciążenia jest w rzeczywistości związane z czasem odpowiedzi * przez pętlę sprzężenia zwrotnego (czas między przybyciem sygnału na wejście wzmacniacza a jego odpowiedzią z powrotem przez obwód sprzężenia zwrotnego). Większość wad UMZCH z głębokim OOS wiąże się właśnie z wymuszaniem wzmocnienia na częstotliwościach, których okres jest zbliżony do czasu przejścia sygnału przez stopnie wzmocnienia objęte OOS. Degradacja jakości wzmacniacza postępuje wraz ze wzrostem czasu opóźnienia w pętli sprzężenia zwrotnego, nasilając się wraz ze wzrostem liczby stopni. Innymi słowy, liczba kolejnych etapów wzmacniania przy dużej głębokości całkowitego sprzężenia zwrotnego jest bardzo ograniczona. Należy zauważyć, że stosowanie stopni tranzystorowych ze wspólnym emiterem (w tym stopni różnicowych i generatorów prądowych) ma bardzo negatywny wpływ zarówno na charakterystykę modulacyjną, jak i przeciążeniową wzmacniacza. Kaskady tego rodzaju w rzeczywistości reprezentują mikser, w którym zakres dynamiki służy jako kryterium liniowości. W zakresie trybów dozwolonych dla tranzystorów górna granica zakresu dynamicznego jest proporcjonalna do prądu płynącego przez mikser [2]. Innymi słowy, kaskady muszą mieć duży zakres dynamiczny i odpowiadające im tryby prądowe i napięciowe dla tranzystorów, a ich zmiany w obecności sygnału są minimalne. Sam sygnał musi być odpowiednio „wolny” w stosunku do szybkości elementów wzmacniających, wtedy następuje mniejsza zmiana sygnału w czasie reakcji w pętli sprzężenia zwrotnego i mniej zniekształceń. Częstotliwość odcięcia Fgr urządzeń wzmacniających powinna być jak największa od częstotliwości wzmocnienia jednościowego F1 wzmacniacza. Tak więc skrajnie ograniczona liczba stopni i niezwykle krótki czas odpowiedzi pętli sprzężenia zwrotnego są podstawowymi warunkami uzyskania liniowości w szerokim paśmie i dużym zakresie dynamicznym wzmacniacza. Ponadto kaskady muszą pracować w klasie A, tak aby poza pasmem pracy ich współczynnik przenoszenia był znacznie mniejszy od jedności. Innymi słowy, przy braku „garbów” w odpowiedzi częstotliwościowej, częstotliwość zamknięcia Fdet pętli CFO (Fdet jest odwrotnością czasu reakcji pętli FOS) powinna być znacznie wyższa niż częstotliwość wzmocnienia jedności (Fdet > > F1), a sygnał przy częstotliwościach bliskich Fdet powinien być mocno osłabiony. Jednocześnie przy wyjątkowo głębokim OOS należy jednocześnie zapewnić niski poziom przenikania sygnału wyjściowego do wejścia UMZCH przy częstotliwości zamykania pętli OOS. Ten ostatni czynnik jest bardzo ważny, ponieważ to właśnie w UMZCH poziom sygnału wyjściowego (w sensie napięcia) jest duży, a efektywność intermodulacji ma zależność zbliżoną do sześcianu sygnału wejściowego [2]. Z kolei ogólny obwód NF nie powinien mieć żadnych dodatkowych (i pasożytniczych) połączeń z kaskadami pośrednimi UMZCH lub z lokalnymi obwodami NF. Znaczenie jest proste: konieczne jest wykluczenie przenikania wstępnie zniekształconego sygnału do pętli ogólnego OOS. Zysk z włączonym OOS powinien być minimalny. Innymi słowy, im mniejsze wzmocnienie, tym proporcjonalnie wyższy stosunek sygnału do szumu + interferencja i proporcjonalnie mniejsza częstotliwość wzmocnienia UMZCH przy stałej częstotliwości odcięcia wzmocnienia pętli. Należy pamiętać, że zwiększenie poziomu sygnału wejściowego i zastosowanie wzmacniaczy wejściowych o bardzo niskim poziomie szumów może prowadzić do pogorszenia charakterystyki przeciążenia wejściowego UMZCH. Obwody ścieżki sygnału, a także wejście i OOS (zwłaszcza w przypadku RF) muszą mieć stosunkowo niską rezystancję (od dziesiątek do setek omów). I tutaj należy zwrócić uwagę na fakt, że spadek rezystancji obwodu sterującego tranzystorem, połączonego zgodnie z obwodem ze wspólnym emiterem (CE), gwałtownie pogarsza jego charakterystykę przeciążenia. Rezystory w obwodach bazowych i emiterowych tranzystorów stopnia wzmacniającego znacznie poprawiają ich liniowość i charakterystykę przeciążeniową. Zwiększenie rezystancji wejściowej zmniejsza prąd wejściowy, a tym samym po prostu i skutecznie zmniejsza wzmocnienie przy częstotliwościach bliskich F. W tym przypadku wysoce pożądane jest załączanie tych rezystorów (w celu zmniejszenia wzmocnienia) w każdym stopniu wzmocnienia [4, 6], jednak największą skuteczność uzyskuje się wtedy, gdy są one włączane dokładnie na wejściu wzmacniacza [7]. Rezystory te pełnią podobne funkcje w urządzeniach częstotliwości radiowej [2] (wzmacniacze, miksery itp.), zmniejszając wzmocnienie kaskad przy częstotliwości odcięcia (Fgr = Fzam) zastosowanych tranzystorów i zmniejszając ich skłonność do samowzbudzenia. Należy jednak tutaj zauważyć, że przy dużej zmianie prądu bazowego rezystor w obwodzie bazowym może wytworzyć bardzo duży poziom zniekształceń. W konsekwencji stosowanie rezystorów w obwodach bazowych powinno być stosowane tylko wtedy, gdy tranzystor pracuje w strukturach z bardzo głębokim sprzężeniem zwrotnym. Znalezienie kompromisu pomiędzy wzajemnie wykluczającymi się wymaganiami wymienionymi powyżej jest często zadaniem niewdzięcznym. Absolutne wykonanie i połączenie ich w jednym wzmacniaczu jest po prostu nierealne. Realizacja ekstremalnie głębokiego OOS, jak również wskazanych wymagań, jest możliwa tylko przy zastosowaniu amplifikacji wielokanałowej, czyli w oparciu o Multichannel Amplifying Structures (MCUS). Kryteria i zasady ICCC Zastosowanie MKUS pozwala radykalnie skrócić czas opóźnienia sygnału we wzmacniaczu, czyli zapewnić niezwykle krótki czas odpowiedzi pętli sprzężenia zwrotnego. W efekcie możliwe staje się gwałtowne zwiększenie częstotliwości zamykania pętli CNF (Fc), aby zapewnić bardzo duży margines wzmocnienia – a wszystko to przy poziomie szumów bliskim limitowi. W tej wersji wzmacniacza możliwe jest połączenie zalet różnych podejść w inżynierii obwodów, przy użyciu znacznie różnych węzłów o różnej specyfice i często o unikalnych właściwościach. W takich konstrukcjach możliwe jest zastosowanie różnych klas wzmocnienia (A, B, C, a nawet D), obwodów przełączających i rodzajów urządzeń elektronicznych. Możliwości podłączenia dodatkowych torów wzmacniających opierają się w tym przypadku na kryterium wytłumienia sygnału kanału głównego (zarówno na jego wejściu, wyjściu, jak i wewnątrz) poprzez jego dodatkowe wzmocnienie i przekazanie do obwodu wyjściowego. Ogólnie rzecz biorąc, proces przesyłania tego sygnału może być realizowany przez inne wzmacniacze. W ten sposób możliwe jest stworzenie bardzo dużego marginesu wzmocnienia wewnątrz pętli CNF, a tym samym zapewnienie bardzo małego błędu w pętli CNF. Konsekwencją idealnego wzmocnienia we wzmacniaczu ze wspólnym OOS jest bowiem… brak sygnału na wyjściu sumatora sygnałów bezpośrednich i powrotnych (wzdłuż obwodu OS). Tutaj koncepcja głównego (głównego) wzmacniacza (kanału) wyraża jego priorytet w domykaniu pętli sprzężenia zwrotnego z decydującym wpływem na kształtowanie niezakłóconego sygnału wyjściowego. Za główny parametr głównego kanału wzmacniającego należy uznać jego czas opóźnienia, który powinien być bardzo mały. Specyficznymi parametrami dodatkowych kanałów wzmocnienia mogą być poziom szumów własnych, moc wyjściowa itp. Należy zauważyć, że zasady wielokanałowego (równoległego) przetwarzania sygnałów są znane od stosunkowo dawna [9], ale niestety poza precyzyjnymi urządzeniami pomiarowymi są rzadko i skromnie stosowane. Zwłaszcza w implementacji dużego marginesu wzmocnienia wewnątrz pętli OOS. Jednocześnie szereg schematów zarówno UMZCH [5, 10] **, jak i szerokopasmowych wzmacniaczy operacyjnych mieści się w koncepcji MKUS. Dlatego wskazane jest uzupełnienie różnych podejść w układach UMZCH [3-8] o logikę pracy równoległej wzmacniaczy, czyli MKUS. Należy zauważyć, że liczba opcji budowania wzmacniaczy opartych na MKUS jest dość duża, ale w odniesieniu do UMZCH sensowne jest stosowanie konstrukcji, które ze względu na bardzo duży margines wzmocnienia sprawią, że nawet potężny i często niskotonowy stopień wyjściowy spełnia swoje funkcje bez zarzutu.
Jako przykład MKUS rozważ obwód (ryc. 1) trójkanałowego wzmacniacza odwracającego zaprojektowanego do pracy przy obciążeniu małej mocy. Tutaj wzmacniacz operacyjny DA1 (odpowiednio wyregulowany) jest głównym kanałem wzmacniacza, który ustala częstotliwość zamykania pętli CFO (Fzam), a wzmacniacze DA2 i DA3 tworzą dodatkowe kanały, które działają odpowiednio zgodnie z kryterium tłumienia sygnału, na wejściu i wyjściu DA1. Tak więc sygnał, który przeszedł przez rezystory R1, R7 do wejścia wzmacniacza operacyjnego DA1, jest wzmacniany i przez kondensator C2 jest podawany na wyjście wzmacniacza. Elementy C1, R2 i R1 tworzą pętlę OOS. Dodatkowo sygnał jest wzmacniany przez kanał DA2, a także DA3, z którego przechodzi do wspólnego wyjścia przez rezystor R11. Zatem w stosunku do sygnałów o niskiej częstotliwości wzmocnienie wewnątrz pętli CNF znacznie wzrasta. Dzielniki sygnału R5R6 i R8R9 zapewniają priorytet głównemu kanałowi (DA1), redukując wzmocnienie DA2 i DA3 do poziomu, przy którym dodatkowe przesunięcie fazowe wprowadzone przez te wzmacniacze operacyjne jest łatwo kompensowane przez główny kanał. Tutaj należy kierować się zasadą: sygnał należy redukować (dzielić) dokładnie na wejściu dodatkowych kanałów wzmacniających, co znacząco poprawia ich charakterystykę przeciążeniową. Wyjątkiem mogą być tylko wzmacniacze podłączone do wejścia (DA2), ze względu na pogorszenie stosunku sygnału do szumu. Rezystory R4 i R7 poprawiają charakterystykę przeciążeniową wejść. Podobne funkcje, choć pośrednio, pełnią elementy R3 i R10; znacznie zmniejszają wzmocnienie stopni wejściowych wzmacniacza operacyjnego, zwłaszcza w pobliżu Fdet. Należy tutaj podkreślić, że takie rezystory eliminują ten problem, ponieważ korekcja częstotliwości wzmacniacza operacyjnego zgodnie ze standardową metodą z reguły nie chroni stopni wejściowych wzmacniacza operacyjnego przed przeciążeniem sygnału RF. W przypadku braku tych rezystorów produkty zniekształceń o wysokiej częstotliwości przez kondensator C1 trafiają bezpośrednio na wejścia wzmacniacza operacyjnego i przeciążają je (wzmocnienie jest wymuszane przy częstotliwościach bliskich Fzam). Z kolei głęboki OOS dla RF (poprzez kondensator C1) powoduje duży spadek odpowiedzi częstotliwościowej wzmacniacza na częstotliwości F1 wzmacniacza operacyjnego DA1. W ten sposób zapewniona jest wysoka charakterystyka przeciążeniowa zarówno na wyjściu DA1, jak i na wejściu DA3, aw rezultacie całego wzmacniacza jako całości. Przy częstotliwościach audio sygnał jest sekwencyjnie wzmacniany przez trzy wzmacniacze operacyjne - DA2, DA1, DA3 (można je również wykonać przy użyciu technologii MKUS). Zastosowanie wzmacniacza operacyjnego upraszcza realizację projektu, chociaż stosowanie zarówno tranzystorów wysokiej częstotliwości, jak i mikrofalowych nie jest zabronione. Przechodząc do opcji UMZCH, bardzo kuszące jest użycie jako DA3 mocnego wzmacniacza (zwanego dalej ULF), z wysoką rezystancją wyjściową, z której można by wykluczyć rezystor R11. Możliwe jest również inne rozwiązanie: zamiast elementów C2 i R11 zastosować wydajniejsze urządzenie dopasowujące (wielokanałowe), wtedy ULF można wykonać jako oddzielną jednostkę! Pozwala to na obniżenie poziomu zakłóceń i zakłóceń o 20...40 dB. Jeśli chodzi o inne jednostki wzmacniające, tutaj technologicznie celowe jest stosowanie niezwykle szerokopasmowych (częstotliwości radiowej) wzmacniaczy operacyjnych, które umożliwiają pracę ze stuprocentowym OOS. Innymi słowy, ekstremalnie krótki czas przejścia sygnału i odpowiednio minimalne przesunięcie fazowe przy częstotliwości wzmocnienia równej jedności są parametrami decydującymi przy wyborze wzmacniacza operacyjnego. Cały wachlarz argumentów jest dość skomplikowany, dlatego też wybór padł na stosunkowo przeciętny szerokopasmowy wzmacniacz operacyjny. Oczywiście zastosowanie ultranowoczesnej bazy elementów o „podniebnych” właściwościach robi wrażenie, ale przy wysokiej cenie nie jest wskazane. Tymczasem wysoka sprawność MKUS-a z dodatkiem sygnałów na wyjściu wzmacniacza (z wysokiej jakości układem dopasowującym) umożliwia zastosowanie tranzystorów o skromnych parametrach w stopniu wyjściowym kanału niskotonowego. Ze względu na stosunkowo niską częstotliwość odcięcia Fgr urządzeń bipolarnych dużej mocy, należy skupić się na zasadniczym wymaganiu omówionym powyżej: niedozwolona jest praca tranzystorów w pobliżu częstotliwości i w rezultacie wzmocnienie UMZCH (z sprzężenie zwrotne włączone) przy tej częstotliwości powinno być nieistotne (F1< Fgr). Zwiększenie częstotliwości odcięcia pętli CFO do stosunku F1>Fgr prowadzi do tego, że wzmacniacz wejściowy (zwykle bardzo szerokopasmowy) powoduje przeciążenie kolejnych kaskad niskoczęstotliwościowych UMZCH. Opierając się na przedstawionych tutaj zasadach, połączonych technologią MKUS, autor opracował schemat stosunkowo prostego trzykanałowego UMZCH, pokazanego na rys. 2. Jego moc znamionowa Pout 75 W przy pracy z obciążeniem Rn = 4 omy.
Główny kanał wzmacniający (DA1, VT1) wykorzystuje wzmacniacz operacyjny AD812 RF. Jego jednostkowa częstotliwość wzmocnienia F1 = 100 MHz, szum własny EMF Esh = 4 nV/Hz, a wzmocnienie wynosi około 40 dB przy częstotliwości 3 MHz, co odpowiada częstotliwości Frp potężnych tranzystorów ULF (A1 na ryc. 2) , co pozwala skutecznie tłumić zniekształcenia stopnia wyjściowego ULF. To kanał główny określa częstotliwość zamykania pętli CFO (Fzap oraz stabilność UMZCH przy częstotliwościach powyżej Fgr. Bardzo krótki i stabilny czas reakcji pętli CFO zapewnia szybkość kanału głównego oraz działanie wzmacniacza na VT1 w trybie klasy A, co eliminuje zjawisko jittera (modulacja fazy). W tym schemacie główny kanał pracuje w paśmie od częstotliwości audio do częstotliwości Fzam. Specyfiką i priorytetem kanału głównego jest jego praca na częstotliwościach bliskich Fzam oraz domknięcie pętli OOS. Rozważmy działanie UMZCH w paśmie częstotliwości od F1 = Frp = 3 MHz do Fdet = 250 MHz, wykorzystując do analizy sygnał pulsacyjny ze stromymi frontami. Sygnał wejściowy przez rezystory R1, R2 dochodzi do wejścia sygnału UMZCH (punkt A), następnie przez rezystor R9 - do wejścia wzmacniacza operacyjnego DAI, VT1, którego emiterem jest wyjście kanału głównego (punkt B ). Z wyjścia kanału głównego przez elementy C7, C8 i R22 urządzenia dopasowującego sygnał przechodzi do wyjścia UMZCH (punkt C), gdzie sygnał ten dominuje nad sygnałem pochodzącym z ULF, a następnie przez obwód C2 , R3 zamyka obwód OOS do wejścia sygnału UMZCH do punktu A. Niskooporowy obwód RF OOS (elementy C1, C2, R2, R3) zapewnia wysokiej jakości podział sygnału na tych częstotliwościach, natomiast indukcyjności L1 i T1 separują pasożytnicze (montażowe) pojemności. Sygnał działający w punkcie A jest dodatkowo wzmacniany przez drugi kanał wzmacniający (DA2). Ten dodatkowy kanał wzmacniający jest włączany przez kryterium tłumienia sygnału kanału głównego (DA1) na jego wejściu. Dla sygnału kanał w DA2 jest przedwzmacniaczem, „wyłącza się” dopiero przy najwyższych częstotliwościach (powyżej 10 MHz), gdzie występuje niedopuszczalne w warunkach stabilności przesunięcie fazowe. Wzmocniony sygnał wzmacniacza operacyjnego DA2 przez urządzenie priorytetowe DA1 (dzielnik sygnału R10R11) jest podawany na nieodwracające wejście DA1. Przy częstotliwościach audio wyjście DA2 ma bardzo niski poziom sygnału, czyli pracuje prawie w trybie statycznym. W ten sposób sygnał wzmacniany szeregowo przez dwa wzmacniacze operacyjne (DA2, DA1) trafia również na wyjście głównego kanału wzmacniającego (punkt B). Tam sygnał rozgałęzia się przez rezystor R23 do trzeciego kanału wzmacniającego - A1 (ULF), z którego wyjścia dochodzi sygnał audio i częstotliwości „zerowej” przez urządzenie dopasowujące (uzwojenie wtórne transformatora T1) wyjście UMZCH (punkt C). Przy częstotliwościach, w których prędkość ULF jest ograniczona, stopień wyjściowy na VT2 z transformatorem T1 działa zgodnie z kryterium tłumienia błędów amplitudy i fazy na wyjściu ULF. Zastosowanie indukcyjności w postaci T1 podyktowane jest koniecznością spełnienia dwóch sprzecznych warunków: bardzo małej rezystancji urządzenia dopasowującego przy częstotliwościach audio i wysokiej przy częstotliwościach bliskich Fgr, potężnych tranzystorów. Należy w tym miejscu podkreślić, że kwestia prawidłowego dopasowania niskooporowych struktur RF i LF jest bardzo istotna ze względu na występowanie różnych rezonansów pasożytniczych. W tym przypadku rezonans występuje w obwodzie składającym się z kondensatora C7 i indukcyjności uzwojenia wtórnego T1 i jest ściśle powiązany ze wzmocnieniem i fazą na wyjściu ULF. Obwód C8, R22 zmniejsza częstotliwość i współczynnik jakości tego obwodu. Obwód oscylacyjny elementów C9, R27 i indukcyjność uzwojenia pierwotnego transformatora T1 zmniejszają je jeszcze bardziej, ponieważ są dostrojone do jeszcze niższej częstotliwości. Transformator należy traktować jako filtr (LPF) oraz jako element sumatora sygnału na wyjściu UMZCH, który tłumi pozostałości pasożytniczych przejawów rezonansowych i błędu fazy wykorzystując zasoby wzmacniające kanału głównego na DA1. Uzwojenie pierwotne T1 jest podłączone do wtórnika emitera na tranzystorze VT2, który jest jednocześnie stabilizatorem prądu dla VT1.Priorytet kanału głównego (DA1) jest zapewniony, jeśli transformator jest obniżany. Napięcie uzwojenia wtórnego T1 jest faktycznie załączane szeregowo z napięciem pochodzącym z wyjścia ULF. Aby skutecznie tłumić zniekształcenia ULF, transformator musi być wystarczająco szerokopasmowy, mieć wysoką wydajność (dobre sprzężenie strumienia) przy częstotliwościach rzędu Fgr. Mikroukłady RF muszą być zasilane z oddzielnego regulatora bipolarnego o napięciu ±12,5 V. Teraz o ULF, którego schemat pokazano na ryc. 3. Jego stopniem wyjściowym jest potężny symetryczny wtórnik emiterowy sterowany generatorem prądowym [8]; schemat jest klasyczny i nie wymaga komentarzy. ULF jest włączony zgodnie z kryterium tłumienia sygnału na wyjściu kanału głównego. Przed ULF dołączone jest urządzenie do tworzenia priorytetu kanału głównego (DA1) - dzielnik rezystorów R23 (patrz ryc. 2) i R32 (ryc. 3). Jego zadaniem jest zmniejszenie wzmocnienia ULF przy częstotliwościach z okolic Fgr przy minimalnej zmianie fazy, a przy wyższych częstotliwościach zmniejszenie wzmocnienia do zera za pomocą C20. Poprawia to charakterystykę przeciążeniową i odporność na zakłócenia ULF.
Tak więc udział ULF w sygnale wyjściowym UMZCH przy wysokich częstotliwościach (powyżej 3 MHz) zmniejsza się trzykrotnie: w wyniku głębokiego OOS (ze względu na spadek odpowiedzi częstotliwościowej przy częstotliwościach Fgr), dzielnik R23R32 i C20, a także ze względu na dużą rezystancję indukcyjną uzwojenia T1. Przy częstotliwości około 15 MHz napięcie na wyjściu ULF (w punkcie E) jest o 180 ° za napięciem na wyjściu UMZCH (w punkcie C)! Kondensator C25 w ULF pełni podwójną funkcję. Oprócz tworzenia korekcji częstotliwości ULF, w kaskadzie na tranzystorach VT6, VT7 tworzy kanał równoległy przy częstotliwościach powyżej 3 MHz. Sygnał z emitera VT3 jest podawany przez kondensator C25 (z pominięciem VT4 i VT7) do wtórników emitera wyjściowego (z poziomem wejściowym ULF), skracając czas przejścia sygnału przez ULF. W tym miejscu należy zwrócić uwagę na niejednoznaczną rolę układu korekcji ołowiu za pomocą kondensatora C22. Kondensator ten zmniejsza przesunięcie fazowe sygnału na wyjściu ULF (przy częstotliwościach rzędu 3 MHz), podczas gdy poziom sygnału na wyjściu kanału głównego maleje (punkt B). Ale kondensator C22 zwiększa wzmocnienie przy częstotliwościach powyżej Fgr, co pogarsza charakterystykę przeciążenia kanału i zwiększa jego zniekształcenia. Dlatego użycie C22 jest uzasadnione tylko przy użyciu niewystarczająco tranzystorów wysokiej częstotliwości (seria KT818, KT819); w innych przypadkach należy wykluczyć łańcuch R34, C22. Zatem sygnał na wyjściu UMZCH (punkt C) jest w rzeczywistości sygnałem złożonym. Sygnały w paśmie częstotliwości roboczej przechodzą do wyjścia z ULF przez uzwojenie wtórne T1. a sygnał kompensacyjny do tłumienia zniekształceń ULF przy wysokich częstotliwościach jest przesyłany przez tranzystory VT1, VT2 i transformator T1. Wzmocnienie sekwencyjne wszystkich kanałów (DA2 DA1, ULF) przy częstotliwości 20 kHz osiąga 160 dB. co zmniejsza błąd z wprowadzonym FOS do wartości mniejszej niż 0,0001%. Niewielkość tego błędu (poziom sygnału w punkcie A) można ocenić wizualnie po jego wzmocnieniu przez wzmacniacz operacyjny RF DA2 (w punkcie D), stosując znaną czytelnikom czasopisma metodę I. T. Akulinicheva [3]. Ale ze względu na ogromny margines wzmocnienia wewnątrz pętli sprzężenia zwrotnego błąd jest bardzo mały (mniej niż 1 mV) i jest prawie liniowy. Jednak tutaj trzeba zwrócić uwagę na poziom zakłóceń i pasożytniczych połączeń w obwodach sygnałowych, w tym poprzez wspólne przewody. Na przykład prąd w obwodzie OOS (przez elementy C1, C2, R2 - R5) o częstotliwości 20 kHz powoduje spadek napięcia na przewodzie SCR na poziomie kilku mikrowoltów w stosunku do obwodu precyzyjnego OP1. Ten odbiór na SCR jest liniowy i nie stwarza żadnego zagrożenia. Ale pomimo skąpości przetwornik, wzmocniony tysiące razy, znacznie zwiększa poziom sygnału na wyjściu wzmacniacza operacyjnego DA2. Aby poprawnie zaobserwować wielkość błędu w obwodzie CNF, należy zastosować jeden wspólny przewód dla wszystkich stopni, zamykając OP1-OP4 do OP5, oraz dodatkowy wzmacniacz o 20 ... 40 dB. Oscylogramy sygnału sinusoidalnego o częstotliwości 20 kHz pokazano na ryc. 4 podczas pracy UMZCH z mocą wyjściową Pout = 75 W; od góry do dołu: wyjście DA2 (punkt D) na działce skali 1 mV, wyjście DA1 (punkt B) - na działce skali 0,5 V. Szum o wysokiej częstotliwości na wejściu wzmacniacza jest tłumiony przez filtr R1C1, a jego kondensator jest również zawarty w obwodzie RF OOS (R2 / R3 \u2d C1 / C7). Obwód OOS o niskiej rezystancji drastycznie zmniejsza wpływ zakłóceń RF i pojemności pasożytniczych. Rezystory R9 i RXNUMX skutecznie zwiększają przeciążalność wzmacniaczy operacyjnych RF, znacznie zmniejszając wzmocnienie RF ich stopni wejściowych. Połączenie tych środków znacznie zmniejsza wzmocnienie wewnątrz pętli przy częstotliwościach zbliżonych do częstotliwości, z wyłączeniem wzmocnienia ULF przy częstotliwości odcięcia potężnych tranzystorów, co zapewnia wysoką charakterystykę przeciążeniową. Przy częstotliwościach poniżej 200 kHz wzmocnienie jest określone przez stosunek (R3+R4+R5)/(R1+R2) =10. Tranzystory VT8, VT9 stabilizują prąd spoczynkowy stopnia wyjściowego [3] zgodnie z kryterium stabilizacji napięcia polaryzacji na podstawach tranzystorów wyjściowych. W przypadku przeciążenia prądowego tranzystory VT5 i VT20-VT22 blokują ULF (VT10-VT19) na osiem cykli generatora, wykonanych na elementach DD1 1-DD1 3 (tj. Przez około 30 ms).
Sterowanie i strojenie UMZCH powinno odbywać się w paśmie 100 MHz. Aby to zrobić, zaleca się zwiększenie częstotliwości odcięcia pętli OOS poprzez zmniejszenie o połowę rezystancji rezystorów R1 i R4 + R5. Następnie, wyłączając DA2 (wystarczy w tym celu odlutować jeden z wniosków R10), w punkcie C kontrolują monotonny spadek jego odpowiedzi częstotliwościowej przy częstotliwościach powyżej 1 MHz. Jeśli to konieczne, zmniejsz wzmocnienie głównego kanału DA1, zwiększając rezystancję R9. Następnie na wejście podawany jest sygnał impulsowy „meander” o częstotliwości 250 kHz z wahaniem napięcia 0,5 V. Nie ma sensu zasilać wyższy poziom sygnału, ponieważ moc wyjściowa UMZCH przy częstotliwościach powyżej 250 kHz jest duża, jest powiązana z mocą stopnia wyjściowego głównego kanału wzmacniającego (VT1, VT2). W tym przypadku za najbardziej informacyjny należy uznać wstępnie zniekształcony sygnał z wyjścia DA1 (punkt B), który w rzeczywistości jest wielokrotnie wzmacnianym sygnałem błędu pętli śledzenia OOS. Sygnał w punkcie B powinien mieć charakter impulsowy o kształcie zbliżonym do wykładnika. Przy prawidłowym ustawieniu impulsy powinny być stosunkowo krótkie, ich fronty strome, a spadki łagodne i płynne. W żadnym wypadku na ich oscylogramach nie należy obserwować rezonansów ani przerw. Sygnały impulsowe w różnych punktach UMZCH, mierzone przy podwójnej częstotliwości odcięcia, pokazano na oscylogramach na ryc. 5, podczas pracy na obciążeniu rezystancyjnym o rezystancji 4 omów - na oscylogramach z ryc. 6; podczas pracy na obciążeniu biernym (kondensator o pojemności 1 μF) - na oscylogramach z ryc. 7. Odpowiednio od góry do dołu: wyjście DA2 (punkt D) przy wartości podziału 0,2 V, wyjście DA1 (punkt B) przy wartości podziału 2 V, wyjście UMZCH (punkt C) i wyjście ULF (punkt E) przy wartości podziału 5 V. Szybkość przemiatania dla tych przebiegów wynosi 1 µs.
W razie potrzeby najpierw dostosuj wzmocnienie i korekcję ULF (elementy R35, R34, C22, C25), współczynnik tłumienia sygnału urządzenia priorytetowego (R23, R32, C20, C21), a następnie dostosuj urządzenie dopasowujące ( C7, C8 i R22, C9 i R27, T1), z wyłączeniem oscylacyjnego procesu ustalania się sygnału na wyjściu DA1 (punkt B). Następnie podłącz i wybierz rezystor R10 zgodnie z kryterium minimalnej amplitudy impulsów na wyjściu DA2 przy wysokiej liniowości (gładkości) tego ostatniego. Następnie nominał jest wybierany o 10 ... 20% więcej i lutowany na płytce. Prąd spoczynkowy stopnia wyjściowego ULF jest regulowany na poziomie około 100 mA przez wybór rezystora R48, prąd blokujący ULF (8 A) wynosi R63, a prąd spoczynkowy tranzystora VT1 (200 mA) wynosi odpowiednio R25. I wreszcie działanie UMZCH jest sprawdzane pod kątem braku wzbudzenia ULF przy przeciążeniu dużym sygnałem wejściowym w paśmie 30 ... 300 kHz. Wzbudzenie ULF wskazuje na jego bardzo małą prędkość i właściwości przeciążeniowe, duże wzmocnienie na F^, zbyt wysoką częstotliwość odcięcia pętli NF lub niewystarczający priorytet kanału głównego, co jest możliwe przy zmianie składowych. Po strojeniu przywracana jest częstotliwość odcięcia pętli CNF. Budowa i szczegóły To główny kanał decyduje o czasie opóźnienia pętli śledzącej OOS, wzmocnieniu przy wysokich częstotliwościach, a co za tym idzie o skuteczności tłumienia różnego rodzaju pasożytniczych rezonansów i zniekształceń. Dlatego na DA1 nałożone są najbardziej rygorystyczne wymagania: musi to być częstotliwość radiowa, tj. Musi działać poprawnie przy wysokim poziomie sygnału RF i przy standardowym obciążeniu 50 omów. Wysokie wymagania stawiane są również tranzystorowi VT1, który również wprowadza opóźnienie czasowe. Dlatego musi być wysokoczęstotliwościowy (na przykład z serii KT922, KT925), a jego prąd jest wystarczający do pracy ze wzmacniaczem operacyjnym DA1. Ze względu na stosunkowo mały prąd VT1 (200 mA) impedancja obciążenia UMZCH przy częstotliwościach powyżej 1 MHz musi być większa, a obecność filtra (cewka L1) jest obowiązkowa. Kolejnym celem L1 jest blokowanie przejścia oscylacji o wysokiej częstotliwości z AC do wyjścia UMZCH (do punktu C) i dalej do obwodu OOS. Ze względu na bardzo dużą częstotliwość zamykania pętli CNF, fizyczna długość głównego kanału wzmacniającego i obwodu CNF na RF powinna być minimalna, a implementacja powinna uwzględniać wymagania stawiane urządzeniom RF. Wymagania dla wzmacniacza operacyjnego DA2 są mniej rygorystyczne, ale należy podkreślić, że to właśnie wzmacniacz operacyjny DA2 jest przedwzmacniaczem, który określa poziom szumów, zakłóceń, precyzję OOS itp. w konsekwencji jest zobowiązany do pracy w warunkach „cieplarnianych”. Warunki są następujące: obecność rezystora o stosunkowo wysokiej rezystancji w obwodzie wejściowym (R7), który eliminuje przeciążenie wzmacniacza operacyjnego przy częstotliwościach bliskich częstotliwości Fzam; praca stopnia wyjściowego wzmacniacza operacyjnego w trybie niskosygnałowym klasy A; obecność osobnego zasilacza lub filtrów RC w obwodach zasilających w celu zmniejszenia zakłóceń. W projekcie ważne jest, aby mieć osobne wspólne przewody: sygnałowy OP1 i obwód zasilający OP2. „Kwestia „masy” jest bardzo istotna, ponieważ sygnał w stopniach wzmacniacza określany jest w stosunku do przewodu wspólnego [8]. Indukcja zakłóceń niskoczęstotliwościowych na części sygnałowej lub przewodzie wspólnym sygnału jest właściwie identyczna .W związku z tym obwody OP1 -OP4 muszą znajdować się w ekranie (jest to również przewód OP5) i koniecznie są wykonane osobnymi przewodami.Kaskada na wzmacniaczu operacyjnym DA2 również powinna być ekranowana.Rezystory R16-R20 zapewniają krótszy obwód ścieżka dla prądów o wysokiej częstotliwości z pominięciem wspólnego punktu zamknięcia wszystkich OP do obudowy UMZCH. Jakość kondensatora C2 stawia wysokie wymagania, ponieważ przykładane jest do niego całe napięcie wyjściowe ULF. Dlatego musi mieć niską absorpcję i napięcie znamionowe co najmniej 250 V (z wolnych - KSO, SGM); kondensator C1 jest pożądany, aby użyć tej samej grupy. Rezystory obwodu wejściowego i OOS (R1-R5) - MLT lub OMLT. Kondensatory C7-C9 w urządzeniu dopasowującym - K73-17 lub ceramiczne z małym TKE. Należy zauważyć, że aby wykluczyć wzbudzenie, tranzystory VT8, VT9 muszą znajdować się w pobliżu VT6, VT7 i VT10-VT13. Gdy wzmacniacz jest wzbudzony, zaleca się podwojenie rezystancji rezystorów R47-R49 i R51, R53 lub zastosowanie polaryzacji zbliżonej do zastosowanej w [4]. Nie ma innych wymagań dla bazy elementów ULF, dlatego możliwe jest jej wdrożenie w oparciu o inne schematy. Jednak należy preferować bardziej zaawansowane (tj. szerokopasmowe i wielokanałowe!) obwody i podstawę elementu, w żadnym wypadku nie należy wymuszać wzmocnienia ze względu na jego charakterystykę przeciążenia. Dopuszczalne jest zwiększenie mocy wyjściowej UMZCH bez zmiany obwodu do 120 W za pomocą tranzystorów KT14, KT9 w kaskadzie VT8101-VTT8102 i zwiększenie prądu kolektora VT1 do 250 mA. Jak wspomniano powyżej, ULF można usunąć z głównego kanału UMZCH w odległości do 40 cm (przy wskazanych wartościach składowych). Dla autora w wersji z płytką stykową długość przewodów od rezystora R23 i od transformatora T1 do ULF wynosi 30 cm, natomiast długość przewodów od emitera VT1 do R23 i od elementów C7, R22 do transformatora T1 powinien być minimalny. Cewki LI, L2 nawinięte są na ramkę o średnicy 12 mm i zawierają 11 zwojów drutu SEW o średnicy 1 mm. Transformator T1 jest uzwojony na tej samej ramie. Uzwojenie pierwotne zawiera 30 zwojów PEV 0,3, wtórne - 15 PEV 1 mm. Wskazane jest nawinięcie uzwojenia pierwotnego podwójnym drutem na uzwojenie wtórne między jego zwojami. Jeszcze lepiej jest nawinąć transformator wiązką 10-12 drutów PEV 0,3...0.4 mm, z których dwa połączone szeregowo tworzą uzwojenie pierwotne (30 zwojów), a pozostałe przewody połączone równolegle tworzą uzwojenie pierwotne. uzwojenie wtórne (15 zwojów) . Oczywiście wysokiej jakości UMZCH powinien posiadać sygnalizację przeciążenia prądowego i napięciowego wzmacniacza, urządzenie do stabilizacji „zera” na wyjściu UMZCH, kompensację rezystancji przewodów oraz zabezpieczenie głośników [4, 8]. Podsumowując, autor pragnie podziękować A. Sitakowi (RK9UC) za pomoc w przygotowaniu tego artykułu. literatura
Autor: A. Litavrin, Bieriezowski, obwód kemerowski
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Druk 3D deserów czekoladowych ▪ Bransoletka fitness Garmin vivosmart 5 ▪ Karta graficzna AMD FirePro R5000 do centrum danych
▪ część witryny „Podręcznik elektryka”. Wybór artykułu ▪ artykuł Kto jest winny? Popularne wyrażenie ▪ artykuł Śpiwór na wędki. Wskazówki podróżnicze ▪ artykuł Elektryczne źródła światła. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł o regeneratorach akumulatorów. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony