|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ Zniekształcenia termiczne we wzmacniaczach HiFi. Część 2. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki
Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Tranzystorowe wzmacniacze mocy Rozważ najprostszy obwód półprzewodnikowy (ryc. 1), w którym dioda półprzewodnikowa wraz z konwencjonalnym rezystorem tworzy obwód szeregowy. Taki obwód można zastosować we wzmacniaczu HiFi (rys. 2). Jeżeli obwód był włączony od dłuższego czasu i ustaliła się pewna równowaga termiczna, napięcie wyjściowe Uout jest stałe. Wraz ze wzrostem sygnału wejściowego wzrasta prąd przepływający przez obwód. Pod jego wpływem spadek napięcia na diodzie nieznacznie wzrasta i zaczyna się bardziej nagrzewać. Ogrzewanie trwa do momentu osiągnięcia nowej równowagi termicznej, po czym wszystko stabilizuje się w nowych warunkach.
Większość pomiarów kończy się w tym momencie, zadowalając się zarejestrowaniem nowej równowagi termicznej. Wszystko byłoby dobrze, gdyby rezystancja diody półprzewodnikowej nie zmieniła się pod wpływem nagrzewania, co ze względu na ujemny współczynnik temperaturowy prowadzi do zmniejszenia spadku napięcia na diodzie. Dlatego następuje zarówno wzrost, jak i spadek spadku napięcia, a wszystko to dzieje się w różnych momentach czasu. Wzrost spadku napięcia wraz ze wzrostem prądu następuje niemal natychmiast (z „elektronicznym” czasem opóźnienia rzędu piko- i nanosekund), natomiast jego spadek determinowany jest szybkością nagrzewania się diody wraz z obudową ( powoli, z szybkością „termiczną”). Ogrzewanie charakteryzuje się kilkoma stałymi czasowymi. Najszybciej nagrzewa się samo złącze półprzewodnikowe, które ma niewielką masę. Cała dioda zamknięta w obudowie nagrzewa się znacznie wolniej. Biorąc pod uwagę wszystkie te wolno zanikające procesy wpływające na napięcie wyjściowe, łatwo stwierdzić, że reakcją diody na nagłą zmianę prądu będzie najpierw nagła zmiana napięcia, którego poziom będzie następnie stopniowo zbliżał się do wartości początkowej (co więcej, szybkość zbliżania będzie określona przez kilka stałych czasowych) . Tak więc transmisja regularnych skoków prądu przez obwód nie jest idealna, pojawiają się „pędy”, których wielkość i stała czasowa zaniku nie są związane z żadną charakterystyką elektryczną. Powstałe zniekształcenia mają pochodzenie czysto termiczne. Oczywistym jest, że w tym przypadku nie ma znaczenia, czy mówimy o diodach i tranzystorach dyskretnych, czy o układach scalonych. Ponieważ istnieją zarówno masywne, jak i miniaturowe diody, rozpiętość stałych czasowych może być bardzo duża. Poddajmy najprostszy wyznacznik emitera tej samej nietypowej analizie, której schemat pokazano na rys. 3. Zadajmy sobie pytanie, czy taki obwód ma stałą czasową niskiej częstotliwości (niższa częstotliwość graniczna) i powodowane przez nią przebiegi przejściowe zależne od częstotliwości? Na podstawie podręczników specjaliści i niespecjaliści wspólnie odpowiadają - NIE! My, nauczeni wcześniejszym doświadczeniem, przyglądamy się temu bliżej.
Załóżmy, że obwód jest włączony od dłuższego czasu, tranzystor i jego otoczenie osiągnęły już pewien rodzaj równowagi termicznej, w której moc P1 jest rozpraszana na tranzystorze, utrzymując stałą temperaturę tranzystora. Uce1*Ic1=P1 Zmieńmy punkt pracy tranzystora, znacznie zmieniając napięcie wejściowe. Gdy tylko zmieni się prąd kolektora tranzystora (choć tutaj można by było uwzględnić stałą czasową), zmieni się również napięcie emiter-kolektor. Tranzystor rozproszy teraz moc P2 Uce2*Ic2=P2, co różni się od powyższego, a to doprowadzi do zmiany ustalonej temperatury tranzystora. Aby zobrazować powstające w tym przypadku zniekształcenia, z zestawu parametrów, którymi będziemy sterować, wybierzemy jeden z najłatwiejszych do zmierzenia - napięcie Ueb. W stanie ustalonym na wyjściu wtórnika emiterowego znajduje się Uout1=Uin1-Ueb1. które można łatwo zmierzyć za pomocą multimetru. Zmiana napięcia wejściowego w pierwszej chwili prawie całkowicie spada na wyjście. Jednak teraz tranzystor ma inny punkt pracy, odpowiadający rozproszeniu mocy P2. Wpływa to na napięcie Ueb (-2 mV/°C) i powoduje przesunięcie (dryft) napięcia wyjściowego (ponieważ tranzystor jest teraz albo trochę chłodniejszy, albo cieplejszy w porównaniu do poprzedniego stanu). Zmianę napięcia należy dodać (z prawidłową polaryzacją) do napięcia wyjściowego, a termiczną stałą czasową należy określić odrębnie dla każdego przypadku. Oto kluczowe pytania: - jaka jest wartość termicznej stałej czasowej; Nagrzewanie lub schładzanie tranzystora w nowym punkcie pracy zależy od jego stanu w poprzednim punkcie pracy. Jeśli tranzystor pracował w stanie dopasowania mocy (Uce=0,5Upit), to na każdą zmianę punktu pracy reaguje schłodzeniem. Dlatego w tym przypadku, w wyniku jakiegoś małego stałego napięcia sterującego, tranzystor zawsze wytwarza sygnał szumu tego samego typu, który jest dodawany do sygnału wyjściowego. Jeżeli punkt pracy tranzystora różni się od uzgodnionego, w nowym punkcie pracy tranzystor może zarówno ostygnąć, jak i nagrzać. W takim przypadku polaryzacja sygnału zakłócającego pojawiająca się na wyjściu będzie zależała od polaryzacji sygnału sterującego. W zależności od sygnału sterującego, sygnał szumu termicznego można teraz dodać lub odjąć od sygnału wyjściowego. Rozważmy obwód wzmacniacza różnicowego (rys. 4), który jest również interesujący z historycznego punktu widzenia - kilkadziesiąt lat temu zniekształcenia termiczne generowane przez ten obwód stanowiły główną część wszystkich zniekształceń termicznych.
Możliwe są dwie sytuacje. W pierwszym przypadku, gdy wzmacniacz różnicowy jest dopasowany mocą, działanie sygnału sterującego prowadzi do schłodzenia obu tranzystorów (mających prawie takie same wymiary). Następnie w wzmocnionym sygnale dostępnym na kolektorach tranzystorowych pojawia się nowa, zgodna fazowo składowa (pod wpływem chłodzenia wzrasta Ueb, wzrasta prąd kolektora i, w rezultacie napięcie kolektora spada). W niesprzyjających przypadkach element ten może dalej rozchodzić się we wzmacniaczu i np. „odbijać” nastawę punktu pracy przeciwsobnego stopnia wyjściowego lub powodować nieprzyjemne przesunięcia punktów pracy innych stopni. Zwykle mówi się, że nie ma znaczących zakłóceń w wyjściowym sygnale różnicowym. Wielkość wynikowego sygnału wspólnego jest proporcjonalna do wejściowego napięcia sterującego i wzmocnienia napięcia wspólnego, które jest, z dobrym przybliżeniem, określone przez stosunek rezystancji kolektora i emitera. Ponieważ wartości te są zwykle dość zbliżone dla wzmacniaczy częstotliwości audio, możemy założyć, że sygnał w trybie wspólnym jest kilkakrotnie wzmacniany (na przykład 1 ... 10). W związku z tym, jeśli na scenie jest już wystarczająco wysoki poziom sygnału różnicowego, wartość napięcia wspólnego może być dość duża. Sygnał ten (tryb wspólny) nie jest sam w sobie słyszalny, ale może zakłócać punkty pracy kolejnych etapów. Nawiasem mówiąc, zmiana temperatury otoczenia, która prowadzi do zmiany temperatury urządzeń półprzewodnikowych, ma dokładnie taki sam efekt (na przykład podczas korzystania ze wzmacniacza w upalny słoneczny dzień lub w mroźną pogodę). Oba rozważane efekty są sumowane. Dlatego przy projektowaniu wzmacniaczy HiFi nie wystarczy już zadbać o statyczne sprzężenie termiczne. Niezbędne jest również uwzględnienie wspomnianych powyżej dynamicznych efektów wspólnych. W drugim przypadku, gdy wzmacniacz różnicowy pracuje z niedopasowaniem mocy, pod wpływem sygnału sterującego na wyjściu pojawiają się stany nieustalone, które mają termiczną stałą czasową. Pod względem wielkości i częstotliwości są one w tym przypadku porównywalne z sygnałem sterującym, mogą być wykrywane jako zniekształcenia użytecznego różnicowego sygnału wyjściowego, mierzonego lub słyszanego w odpowiedni sposób. Ponieważ jeden z tranzystorów będzie się nagrzewał, a drugi stygł, powstaje sygnał szumu przeciwfazowego, który jest praktycznie nie do odróżnienia od sygnału użytecznego. Trudnym pytaniem jest wartość termicznej stałej czasowej. W żadnych katalogach nie ma na ten temat danych i można tu polegać tylko na kilku faktach doświadczalnych. Niektóre z tych danych eksperymentalnych są publikowane w wysoce specjalistycznych publikacjach krótkonakładowych szeregu zainteresowanych firm (na przykład Tektronix, Philips, Ates itp.). Dla nich te dane nie były zbyt nieoczekiwane. Tranzystorowe półprzewodnikowe złącza pn „przyzwoitej” wielkości, takie jak np. 2N3055 (nie mówimy jeszcze o samym urządzeniu półprzewodnikowym w paczce, którego wymiary też mogą zależeć od serii i producenta) mogą śledzić termicznie (tzn. ciepło up / cool down) częstotliwości do górnej granicy - około 1 kHz. Urządzenia z mniejszym złączem p-n, takie jak BC107 lub nawet mniejsze, śledzą częstotliwości do częstotliwości 90 kHz (!). W przypadku elementów do montażu powierzchniowego (SM – Surface Montage) i układów scalonych częstotliwość odcięcia jest jeszcze wyższa. Naturalnie istnieje dobry kontakt termiczny między chipem półprzewodnikowym a obudową, a duża stała cieplna obudowy ma tendencję, zgodnie z ilością wymiany ciepła ze styku, do tłumienia wahań temperatury. Myślę, że teraz jest jasne, że wzmacniacz prądu stałego (na przykład wtórnik emitera pokazany na rys. 3, który również jest rodzajem UPT) ma taką samą niższą (!) częstotliwość odcięcia jak na przykład emiter 200 MHz zwolennik. Tych zniekształceń częstotliwości dźwięku nie można zmierzyć tradycyjnymi metodami. Często stosowana w pomiarach zasada „czekaj, aż układ się rozgrzeje” dokładnie omija rozważane tutaj problemy. Ale jak wykryć ten efekt podczas słuchania muzyki przez wzmacniacz HiFi? Oczywiście najbardziej interesuje nas wielkość efektu. Z przeprowadzonych pomiarów okazało się, że powstający w ten sposób we wzmacniaczu sygnał wtórny (który może być odbierany jako zniekształcenie) może z łatwością osiągnąć 5...20% amplitudy sygnału użytecznego. Jest całkiem możliwe, że wielu czytelników ma wzmacniacze HiFi w plastikowych obudowach, siedzące na półkach z książkami, które są w porządku z „świątą”, a tymczasem mają bardzo silne zniekształcenia termiczne. Niekoniecznie zniekształcają wszystko i zawsze, a jedynie pewne melodie iw pewnych kombinacjach dźwiękowych (po uderzeniu itp.). A przy tradycyjnych metodach pomiaru zniekształceń wzmacniacz prezentuje się bardzo dobrze. Autor: S.GYULA; Publikacja: N. Bolszakow, rf.atnn.ru
Maszyna do przerzedzania kwiatów w ogrodach
02.05.2024 Zaawansowany mikroskop na podczerwień
02.05.2024 Pułapka powietrzna na owady
01.05.2024
▪ Sztuczne zarodki powodujące ciążę ▪ Do 4 TB dysków twardych Seagate NAS do sieciowej pamięci masowej
▪ część witryny Firmware. Wybór artykułu ▪ Artykuł Odbycie służby wojskowej. Podstawy bezpiecznego życia ▪ artykuł Nazwy jakich walut wywodzą się od miar wagi? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Utrata przytomności. Śpiączka. Opieka zdrowotna ▪ Liczniki artykułów. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ Artykuł Niesamowita moc. Sekret ostrości
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