|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ UMZCH z wejściem symetrycznym bez wspólnej ochrony środowiska. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Tranzystorowe wzmacniacze mocy Wzmacniacz wyróżnia się zastosowaniem lokalnej pętli sprzężenia zwrotnego typu kompensacyjnego, która zmniejsza zniekształcenia stopnia wyjściowego. Zastosowanie wysoce liniowego stopnia wejściowego wyeliminowało potrzebę stosowania wspólnej pętli sprzężenia zwrotnego, a jego symetria w szerokim paśmie częstotliwości praktycznie eliminuje wpływ zewnętrznych zakłóceń na wzmacniacz. Zalety UMZCH w zakresie ogólnej ochrony środowiska są powszechnie znane i wielokrotnie omawiane w literaturze fachowej [1] oraz na łamach czasopisma Radio. Jednak pomimo wysokich parametrów technicznych ich rzeczywista jakość odtwarzania dźwięku jest często daleka od ideału, podczas gdy stosunkowo proste UMZCH bez ogólnego OOS (lub z OOS do 20 dB) brzmią bardziej naturalnie niż UMZCH z głębokim OOS. Twórcy doszli do wniosku, że głównym winowajcą są zniekształcenia dynamiczne związane ze złym doborem i wykonaniem odpowiedzi częstotliwościowej i fazowej stopni wzmacniacza objętych głębokim OOS. W branży audio powstał nawet odrębny kierunek – są to wzmacniacze z niskostopniowym torem sygnału bez wspólnego OOS, a czasem z kompensacją zniekształceń nieliniowych [2]. UMZCH tego typu wykonuje się na specjalnie dobranych lampach lub tranzystorach pracujących w klasie A lub AB o dużym prądzie spoczynkowym i charakteryzują się wysokimi kosztami. Twórcy takiego UMZCH używają tylko wysokiej jakości komponentów, stopnie wejściowe są zbudowane zgodnie z obwodami symetrycznymi (zbalansowanymi), a aby osiągnąć niską rezystancję wyjściową, stosuje się dużą liczbę potężnych tranzystorów o wybranych parametrach, które w rzeczywistości zapewnia powtarzalność deklarowanych charakterystyk UMZCH. W proponowanym UMZCH bez wspólnego OOS zastosowano symetryczny stopień wejściowy oparty na wtórniku prądowym [3]. Obwód UMZCH jest funkcjonalnie prosty i zawiera wzmacniacz napięciowy i wzmacniacz prądowy. Taka konstrukcja odpowiada jednej z zasad High End audio – minimum „długości elektrycznej”, czyli minimum stopni wzmacniających i elementów w torze sygnałowym. Wzmacniacz wykorzystuje lokalne sprzężenie zwrotne w celu zmniejszenia zniekształceń stopnia wyjściowego. Podczas opracowywania UMZCH główną uwagę zwrócono na zmniejszenie liczby stopni wzmacniających i zwiększenie początkowej liniowości wzmacniacza napięciowego. Cechą UMZCH jest brak stopni wzmacniających wykonanych zgodnie ze schematem ze wspólnym emiterem (OE) lub ze wspólnym źródłem (OI). Wiadomo, że kaskada różnicowa zwykle składa się z pary tranzystorów połączonych według obwodu z OE lub RO [1] i wprowadza zauważalne zniekształcenia nieliniowe [4]. Wykorzystując układy komutacyjne ze wspólną bazą (OB), wspólnym kolektorem (OC) i wspólnym drenem (OS) wraz z krótką długością toru wzmacniającego, możliwe było stworzenie UMZCH bez wspólnego OOS o parametrach, które nie są gorsze od produktów przemysłowych. Wysokie parametry wzmacniaczy osiągane są dzięki rozwiązaniom czysto obwodowym iw przeciwieństwie do egzotycznych i materiałoznawczych podejść charakterystycznych dla High Endu, nie wymagają stosowania drogich komponentów. UMZCH posiada wejście zbalansowane o niskiej rezystancji (1200 omów) i jest przeznaczony do współpracy ze źródłami sygnału posiadającymi symetrycznie regulowane wyjście. Aby w pełni wykorzystać możliwości UMZCH, źródło sygnału musi mieć wyjście „otwarte” (bez kondensatorów sprzęgających). Należy pamiętać, że większość nowoczesnych źródeł sygnału wysokiej jakości jest w stanie przesyłać sygnał bez zniekształceń do obciążenia o stosunkowo niskiej rezystancji (do setek omów). W sprzęcie studyjnym lub profesjonalnym zbalansowana impedancja wyjściowa źródła sygnału jest już zaprojektowana na obciążenie 600 omów i jest to standard branżowy. Dlatego w takich przypadkach wydaje się zbędne osiąganie wysokiej impedancji wejściowej w wysokiej jakości UMZCH. na ryc. 1 przedstawia ogólny schemat blokowy, w którym stopień wejściowy składa się z symetrycznego wzmacniacza napięciowego opartego na tranzystorach VT1, VT2, połączonych zgodnie z obwodem OB. Kaskada ta jest obciążona zwierciadłem prądowym (tranzystory VT3, VT4), tranzystorem śledzącym VT5 oraz układem R6CK.Tranzystor w układzie przełączającym z OB ma bardziej liniową charakterystykę przenoszenia i lepsze właściwości częstotliwościowe [5, 6]. Sygnał w postaci różnicowego napięcia wejściowego (w stosunku do szyny +U1) jest podawany na dwa rezystory R1, R2 o jednakowej rezystancji i jest przetwarzany na prąd wejściowy emiterów tranzystorów VT1, VT2. Stopień końcowy A1 jest wtórnikiem napięcia.
Podobny układ wzmacniacza napięciowego z dodatkowym wejściowym stopniem różnicowym na tranzystorach polowych zastosowano w [7]. Odrębne elementy tego schematu przytoczył I. Dostal w swojej monografii [8]. Zasada działania takiego wzmacniacza napięciowego jest szczegółowo opisana w literaturze [7, 8]. Ostatni stopień A1 można wykonać na tranzystorach bipolarnych lub polowych. Wyjście wzmacniacza napięcia (w punkcie C) ma dość niską impedancję. Umożliwia to zastosowanie jako A1 jednostopniowego komplementarnego wtórnika napięciowego, choć nie wyklucza się możliwości zastosowania konstrukcji dwu- lub trzystopniowej z dużym wzmocnieniem prądowym w stopniu końcowym [1]. Taki UMZCH wprowadza mniej zniekształceń do sygnału wyjściowego w porównaniu ze wzmacniaczem o klasycznej konstrukcji, a realne wzmocnienie to 10…12 dB. Z reguły jest to prawdą zawsze, jeśli źródło sygnału ma niską impedancję wyjściową i może wysterować obciążenie 600 omów bez zwiększania zniekształceń nieliniowych. W takim układzie źródło sygnału jest podłączone do szyny zasilającej +U1. W UMZCH zastosowano dwa bipolarne zasilacze z transformatorem T1: jeden dla stopnia wzmocnienia napięciowego (uzwojenie II, mostek diodowy VD4 i kondensatory wygładzające filtra mocy C1, C2), a drugi dla zasilania stopnia końcowego (uzwojenie III, dioda mostek VD5 i kondensatory C3, C4). na ryc. 1 wspólny przewód zasilaczy i dalej oznaczony prostokątem. Wzmacniacz na rys. 1 charakteryzuje się zasadniczo liniową charakterystyką wejściową, która wyznacza początkową liniowość całego UMZCH. Ponadto wzmocnienie UMZCH jest określone tylko przez stosunek rezystorów R6 / R2 (lub R6 / R1) i nie zależy od parametrów zastosowanych tranzystorów. Można go ustawić z dużą dokładnością i zmieniać w szerokim zakresie. Pomiary pokazują, że bez rezystorów R5, R6 wzmocnienie kaskady jest dość wysokie i wynosi ponad 400 500000 przy częstotliwości XNUMX Hz. Wady UMZCH obejmują pewne ograniczenia dotyczące parametrów źródła sygnału. Musi być symetryczny i najlepiej z otwartym wyjściem DC. Dodatkowo układ z wtórnikiem prądowym na wejściu pogarsza stosunek sygnału do szumu [3]. Rozważmy teraz schemat ideowy UMZCH pokazany na ryc. 2. Wzmacniacz charakteryzuje się wysoką wydajnością i brakiem obwodów sprzężenia zwrotnego. Wzmacniacz wejściowy jest wykonany na tranzystorach VT3, VT4, które są ładowane na zwierciadło prądowe typu cascode VT5, VT6.1, VT6.2, VD5, R8, R13, w którym zastosowano parę dopasowanych tranzystorów K159NT1V (VT6) aby poprawić dokładność.
Głównym obciążeniem wzmacniacza napięcia jest rezystor R17. Aktywne źródła prądowe VT1, VT2 (z elementami VD6, VD7, R7, R15) w obwodach emiterowych tranzystorów wejściowych zwiększają liniowość wzmacniacza napięcia w trybie dużego sygnału. W efekcie współczynnik harmonicznych stopnia wzmocnienia napięciowego jest zmniejszony o prawie rząd wielkości i wynosi np. 0,007% przy częstotliwości 2 kHz przy napięciu wyjściowym 31 V (rms). Kompozytowy wtórnik napięciowy na elementach VT9, VT10, VT12-VT14, VD13, R18, R19, R22 zapewnia efektywne odsprzęgnięcie wzmacniacza napięciowego od stopnia końcowego. Rozwiązanie to prawie całkowicie wyeliminowało wpływ nieliniowej pojemności tranzystora bramkowo-drenowego VT9 na parametry wzmacniacza napięciowego. W tym wtórniku pojemność wejściowa VT9 praktycznie się nie zmienia, ponieważ napięcia między zaciskami tego tranzystora są stałe. Niepełne wykorzystanie napięcia zasilania w repeaterze na dodatniej półfali sygnału wymagało jego zwiększenia, stąd bipolarne napięcie zasilania jest asymetryczne względem przewodu wspólnego zasilacza i wynosi +57 V i -52 V. Ostatni stopień UMZCH nie ma żadnych funkcji i jest wtórnikiem przeciwsobnym na potężnych tranzystorach VT15 - VT20, pracujących w klasie AB z prądem spoczynkowym 300 mA. Stabilne źródło prądu 220 mA (VT7, VT8, R11, R14, VD9-VD12) jest również zbudowane zgodnie z obwodem cascode OB-OB. Tranzystory VT7, VT8, VT10, a także mocne tranzystory znajdują się na radiatorach. Prąd spoczynkowy stopnia końcowego stabilizuje czujnik temperatury na tranzystorze VT11, który ma kontakt termiczny z tranzystorami stopnia końcowego. Integrator oparty na precyzyjnym wzmacniaczu operacyjnym K140UD17 (DA1) oraz elementach R1-R4, R17, C1-C4, VD1-VD4 utrzymuje minimalne napięcie stałe na wyjściu UMZCH, niezależnie od temperatury i asymetrii napięcia zasilania. Aby odsprzęgnąć stopnie, zwiększyć liniowość UMZCH i zwiększyć wydajność stopnia końcowego, wzmacniacz napięciowy zasilany jest napięciem stabilizowanym +57 V i 52 V, a stopień końcowy zasilany jest napięciem niestabilizowanym ±44 V. Wzmocnienie różnicowe UMZCH jest określone stosunkiem 2(R17 / R6) i wynosi około 45. Podłączenie wyjścia wzmacniacza do punktu A poprzez obwód R5C5 prowadzi do częściowej kompensacji zniekształceń nieliniowych stopnia końcowego i zmniejsza impedancję wyjściową UMZCH przy częstotliwości 1 kHz od 0,2 do 0,035 omów (pomiary wykonano bez obwodu wyjściowego L1R28). Impedancja wyjściowa UMZCH zmienia się nieznacznie w zakresie częstotliwości do 10 kHz i wynosi 0,05 oma przy częstotliwości 20 kHz. Pomiary wykazały, że rezystancja wyjściowa UMZCH nie zależy od zmiany prądu spoczynkowego stopnia końcowego w szerokim zakresie (w zakresie 50...3000 mA), co świadczy o skuteczności zastosowanej ochrony środowiska . Do pomiaru współczynnika harmonicznych (Kg) UMZCH zastosowano automatyczny miernik zniekształceń nieliniowych S6-8, analizator widma S4-74 oraz generator sygnału GZ-118 wraz z urządzeniem balansującym. Trzy rezystory PEV-20 o impedancji 50 omów połączone równolegle (rezystancja 7 omów) są używane jako równoważnik obciążenia, a pięć takich rezystorów jest używanych jako równoważnik 4 omów. Napięcie wyjściowe mierzono za pomocą woltomierza VZ-39. Dolna granica pomiaru Kg za pomocą takiego urządzenia wynosi prawie -90 dB. Całkowity Kg UMZCH bez kompensacji zniekształceń (obwód R5C5 jest wyłączony) o mocy wyjściowej 105 W i obciążeniu 7 omów przy częstotliwości 1 kHz wynosił 0,099%, a przy 20 kHz - 0,096%. Widmo sygnału zawiera głównie drugą i trzecią harmoniczną o porównywalnej amplitudzie oraz wyższe harmoniczne o mniejszej amplitudzie (konsekwencje działania stopnia końcowego w modzie AB). Po podłączeniu lokalnego obwodu R5C5 Kg UMZCH przy częstotliwości 1 kHz spadł do 0,035%, a przy częstotliwości 20 kHz - do 0,043% przy tej samej mocy wyjściowej. Przy maksymalnej mocy wyjściowej 125 W przy 7 omach przy częstotliwości 1 kHz (sygnał wyjściowy na progu granicznym) zniekształcenia w UMZCH nadal nie przekraczają 0,1%. Należy zauważyć, że tranzystory końcowe nie są specjalnie dobierane, aw przypadku ich wstępnego doboru możliwa jest poprawa charakterystyki UMZCH. Tak się złożyło, że w tym układzie UMZCH rzeczywisty rozrzut wzmocnienia prądu emitera komplementarnej pary równoważnych tranzystorów okazał się niewielki, około 10%. Uogólniona wartość wzmocnienia prądu przy lK \u1d 5 A i Uke \u864d 96 V dla górnej strony (trzy tranzystory KT865A połączone równolegle) wynosi 87, a dla dolnej (trzy tranzystory KT4A) - 170. Przy wysokich wartościach prądu kolektora zmniejsza się współczynnik przenoszenia prądu bazy stopnia końcowego tranzystora. Maksymalna moc wyjściowa UMZCH przy obciążeniu 1 omów wynosi 0,18 W (jednocześnie przy częstotliwości 4 kHz Kg = 2%). Używając mocniejszych importowanych urządzeń w końcowym etapie, moc wyjściową UMZCH przy obciążeniu XNUMX ... XNUMX omów można zwiększyć nawet bez zwiększania liczby tranzystorów. Zniekształcenia intermodulacyjne w UMZCH są mniejsze niż -70 dB (0,03%), gdy sygnał pomiarowy o amplitudzie tuż poniżej poziomu granicznego działa na obciążenie 7 omów, które jest sumą dwóch sygnałów sinusoidalnych o równej amplitudzie i częstotliwościach 20 i 21 kHz. Zniekształcenia intermodulacyjne oceniano za pomocą analizatora widma S4-74, który ma zakres dynamiki co najmniej 70 dB. Oszacowano składową różnicową częstotliwości 1 kHz. Amplituda tej składowej widmowej leży na poziomie szumu analizatora widma i jest rozróżnialna tylko przy dużych czasach całkowania analizatora (szerokość pasma - 300 Hz, przemiatanie - 5 s). Należy zauważyć, że ten tryb pomiaru został wybrany jako najbardziej informacyjny, a przy wzmacnianiu rzeczywistych sygnałów dźwiękowych tak ekstremalna sytuacja jest mało prawdopodobna. Poniżej znajdują się główne cechy techniczne Układ UMZCH (ryc. 2) podczas pracy na aktywnym równoważniku obciążenia (rezystorze).
W UMZCH można stosować komponenty krajowe i importowane. Tranzystory KT9115A (VT3, VT4) najlepiej dobierać parami o takim samym wzmocnieniu prądowym (jeszcze lepiej - stosować dopasowane pary wysokonapięciowych tranzystorów pn-p wykonanych na tym samym podłożu). Zamiast KT9115A możesz użyć KT632B lub importowanych urządzeń 2SA1184, 2N5415. Zamiast 159NT1V można zastosować dowolną dopasowaną parę tranzystorów o strukturze npn (kryterium wyboru to jak największa h21E). W UMZCH zamiast KP902A dobrze sprawdzają się tranzystory MOS małej mocy z serii KP305. Rezystory R5-R8, R13 i R15-R17 - C2-29, z R6 i R16, R7 i R15 z najmniejszą możliwą tolerancją (w wersji autorskiej rezystory te mają tolerancję 0,05%). Pozostałe rezystory to MLT i C5-16MV. Cewka L1 zawiera 9 zwojów izolowanego drutu o średnicy 1,53 mm, nawiniętego co 2,5 mm na trzpień o średnicy 10 mm. Kondensatory - KM-6, K73-16, K73-17. Ze względu na specyfikę podłączenia źródła sygnału do wejścia UMZCH należy również zmienić zasadę „uziemienia” obudowy wzmacniacza. Szynę „+57 V” zasilacza stabilizowanego UMZCH należy podłączyć do metalowej obudowy konstrukcji. Wspólny przewód źródła sygnału jest podłączony do tego samego punktu wspólnego przewodu. Wspólny przewód obwodów mocy i kondensatorów filtra mocy musi być odizolowany od obudowy wzmacniacza. Należy również odizolować zaciski wyjściowe UMZCH. Jeżeli UMZCH stosuje dwa osobne i całkowicie niezależne zasilacze dla każdego z kanałów, to ich szyny zasilające "+57 V" należy połączyć w jednym punkcie z obudową UMZCH. Środkowe punkty zasilaczy nie muszą być ze sobą połączone. W przypadku architektury „double mono” dwa kanały UMZCH są połączone ze sobą (oraz z obudową konstrukcji) tylko poprzez szynę zasilającą +57 V, co przy braku wspólnych obwodów wysokoprądowych korzystnie wpływa na odsprzęganie między kanałami. Ta wersja UMZCH została zaprojektowana do współpracy z profesjonalnym stołem mikserskim, który nie posiada kondensatorów izolujących na wyjściu (wyjście DC). Przy tej metodzie „zasilania” przez rezystory wejściowe UMZCH zawsze pobiera niewielki prąd stały ze źródła sygnału (około 2 mA na każde wejście). W innych przypadkach do normalnej pracy UMZCH wymagane będzie również źródło sygnału audio z symetrycznym wyjściem niskoimpedancyjnym i możliwością regulacji poziomu sygnału. W przypadku braku źródła sygnału posiadającego wyjście zbalansowane, można zastosować dowolne źródło sygnału niezbalansowanego, uzupełniając je o urządzenie konwertujące sygnał niezbalansowany na zbalansowany. Obecnie istnieje wiele opcji urządzeń realizujących tę funkcję: od najprostszych opartych na transformatorze równoważącym po wyspecjalizowane mikroukłady, na przykład SSM2142. W tych samych celach autor czasami używał urządzenia znanego jako „Di-Box” (Active Direct Inject Box), model Dl 100 firmy Behringer. Takie urządzenia są popularne wśród muzyków pracujących z „żywym dźwiękiem” i składają się z wysokiej jakości transformatora balunowego i wtórnika napięcia. Wprowadzane przez nie zniekształcenia nieliniowe są dość małe (zwykle poniżej 0,005%). na ryc. Rysunek 3 przedstawia obwód „symetratora” wykonany z krzyżowo-symetrycznym systemem operacyjnym na podwójnych wzmacniaczach operacyjnych DA1 (w jednym pakiecie) i precyzyjnych rezystorach R1-R8.
Stopień symetrii sygnału wyjściowego zależy od indywidualnego rozłożenia sparowanych rezystorów i faktycznie będzie wymagał dodatkowej regulacji (rezystancja tych rezystorów może wynosić jednostki lub dziesiątki kiloomów). Bardziej złożony obwód z możliwością regulacji symetrii pokazano na ryc. 4 (rezystory R1-R14 mają tolerancję 0,05%). Za pomocą tego urządzenia wykonano wszystkie pomiary parametrów UMZCH.
Proponowane układy balansujące mogą być wykorzystane jako element buforowy stopnia wyjściowego źródła sygnału, choć najlepszym rozwiązaniem powinno być zastosowanie specjalizowanego mikroukładu SSM2142, który kosztem ok. wzmacniaczy i rezystorów (4 kOhm) i jest specjalnie zaprojektowany do pracy z obciążeniem 30 Ohm. Nieliniowe zniekształcenie węzła na SSM600 jest mniejsze niż 2142% przy sygnale wyjściowym 0,006 V przy obciążeniu 10 omów w zakresie częstotliwości 600...20 Hz. Właściwie zmontowany wzmacniacz prawie nie wymaga regulacji. Przed włączeniem silnika rezystor strojenia R20 musi znajdować się w górnym położeniu zgodnie ze schematem. Przed pierwszym włączeniem i kolejnymi regulacjami bez obciążenia do obwodów zasilających stopnia końcowego należy podłączyć dwa mocne rezystory ochronne o rezystancji 10 ... 20 omów. Rezystory te będą chronić tranzystory końcowego stopnia, na przykład w przypadku błędów okablowania. W przypadku wystąpienia samowzbudzenia konieczne jest zwiększenie pojemności kondensatorów neutralizacji i korekcji (C5, C6). Następnie sprawdź stałe napięcie na wyjściu UMZCH. Nie powinno być większe niż 1...2 mV. Następnie, zgodnie ze spadkiem napięcia na jednym z rezystorów ochronnych, regulując rezystancję R20, ustawia się prąd spoczynkowy stopnia końcowego. Po rozgrzaniu wzmacniacza przez 1 - 2 godziny jego wartość powinna wynosić 300 ... 350 mA. W tym momencie regulacja UMZCH powinna zostać zakończona, a rezystory ochronne wyłączone z obwodów mocy końcowego stopnia. W urządzeniu równoważącym wzmacniacze operacyjne powinny działać dobrze przy obciążeniu 600 omów. Tutaj możesz użyć OPA604 (OPA2604), OPA134 (0PA2134, 0PA4134), LT1468, LT1469, LM6171, LM6172. Odpowiednie są również LM837, AD841. literatura
Autor: A. Orłow, Irkuck
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Niewidoczny plastik w wodzie ▪ Biodegradowalny plastik z ziemniaków ▪ Elektryczność statyczna wzmacnia burze piaskowe ▪ Tytoń i marchew są niezgodne
▪ sekcja serwisu Regulatory mocy, termometry, stabilizatory ciepła. Wybór artykułu ▪ artykuł Bez walki wpadaj w wielkie łobuzy. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Księgowy materiałów księgowych. Opis pracy ▪ artykuł Miernik KBV z autokalibracją. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Przystawka do magnetowidu. 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