UMZCH senza feedback generale. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Amplificatori di potenza a transistor

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L'UMZCH proposto è costruito senza feedback generale. Ripetutamente, confrontando la qualità di diversi transistor UMZCH con OOS durante l'ascolto, ho dovuto pensare a come migliorare la loro capacità di trasmettere un'immagine scenica completa e rendere più naturale la localizzazione delle fonti. Il risultato delle ricerche in questa direzione sono state soluzioni circuitali per UMZCH, in cui non esiste protezione ambientale o è locale. Secondo me, ci sono due ragioni principali per la violazione della naturalezza dell'immagine musicale.

Innanzitutto, questa è l'introduzione di distorsioni di fase nel segnale e l'espansione dello spettro di distorsioni nell'UMZCH da 00C: per trasmettere il suono più luminoso o più morbido, l'equilibrio tra le armoniche è importante.

In secondo luogo, il controllo della tensione del segnale fornito all'altoparlante viene presentato come "violenza" sul sistema di altoparlanti. Dopotutto, inizialmente, quando si registrano i fonogrammi, il suono viene percepito come un livello di pressione, ad es. come potenza nel suo calcolo integrale. E di conseguenza, durante la riproduzione di fonogrammi, l'amplificatore deve trasmettere la potenza del segnale e non solo i valori di corrente o tensione istantanei. In questa condizione viene introdotta una minore distorsione nel segnale di uscita, il che ha un effetto molto positivo sulla precisione della trasmissione dell'immagine scenica. Ho smesso di misurare i parametri tecnici dei miei UMZCH cinque anni fa, perché dopo aver ascoltato ripetutamente amplificatori su misura, nessuno ha dato la preferenza all'uno o all'altro parametro tecnico. Il criterio principale è una valutazione soggettiva delle proprietà di ciascun amplificatore e forse tutti sanno che gli amplificatori secondo questo criterio possono differire in modo significativo! Pertanto, tenendo conto delle valutazioni soggettive delle proprietà dell'UMZCH, l'opzione proposta si rivelerà un ottimo sostituto per molti amplificatori industriali. La ripetibilità del progetto è stata testata su quattro campioni di un amplificatore stereo simile.

Principali parametri tecnici

La potenza massima con un carico di 4 Ohm è limitata da un dispositivo di protezione della corrente. Per controllare l'ascolto con questo amplificatore, sono stati utilizzati un lettore CD DENON DVD 700 e un sistema di altoparlanti Monitor Audio Silver 81; nel percorso di controllo è stato utilizzato l'amplificatore ARCAM "Diva A-75S". Durante la riproduzione della colonna sonora del CD Dark Side of the Moon (Pink Floyd), l'elicottero fantasma si è alzato di un metro sopra il sistema di altoparlanti e ha volato sopra di esso, anziché da un altoparlante all'altro, come di solito accade con la maggior parte degli amplificatori. Anche le immagini sceniche e musicali delle registrazioni dei concerti vengono trasmesse in modo abbastanza naturale.

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Informazioni sul circuito dell'amplificatore

Lo schema di un canale UMZCH è mostrato in Fig. 1. Stadio di ingresso - differenziale sui transistor VT1, VT5 e VT2, VT6 con sorgenti di corrente stabili su VT3, VT4. Poi arriva un amplificatore di tensione con transistor VT7, VT9, VT11 e VT8, VT10, VT12, la cui particolarità è che i transistor non si saturano alla massima ampiezza della tensione di uscita grazie ai diodi VD3, VD4. Nella modalità di limitazione dell'ampiezza della tensione del segnale di uscita, la corrente di base dei transistor dell'amplificatore di tensione VT7, VT9, VT11 e VT8, VT10, VT12 è limitata e funzionano in una modalità che esclude la modalità di saturazione. Ciò garantisce che non vi sia alcun ritardo nell'uscita dalla limitazione della tensione di alimentazione del segnale di uscita. I transistor sono collegati in parallelo per aumentare la corrente che pilota le porte dei transistor di uscita. Ciò ha permesso di ottenere l'ampiezza massima corrispondente a 8 V rms dall'uscita dell'UMZCH con un carico di 30 ohm. segnale sinusoidale non distorto con una frequenza fino a 200 kHz (frequenza massima del generatore). Un segnale di feedback opera dall'uscita dell'amplificatore di tensione attraverso il divisore R15R17R18.

Come si può vedere dallo schema, l'amplificatore non ha alcun condensatore di correzione. Ciò è stato possibile perché lo stadio di uscita è stato escluso dal circuito di retroazione e la stabilità dell'amplificatore è aumentata notevolmente. Lo stadio di uscita è un inseguitore di tensione realizzato utilizzando transistor ad effetto di campo complementari di HITACHI. Presenta la stessa impedenza di uscita e distorsione armonica simmetrica per segnali di polarità positiva e negativa. La maggior parte dei transistor complementari differisce in molti modi, compresi i parametri dinamici. Pertanto, negli amplificatori senza feedback generale, si verifica una pronunciata asimmetria di non linearità, soprattutto alle alte frequenze; al minimo, è associato a varie proprietà termodinamiche dei transistor.

Al contrario, un amplificatore single-ended ha uno spettro di armoniche quasi uguale in entrambe le parti della caratteristica di ampiezza (per la tensione del segnale di polarità negativa e positiva), sebbene il valore numerico di questo parametro sia spesso superiore all'1% - e comunque suona bene! In questo amplificatore ho utilizzato una soluzione circuitale in cui due transistor di diversa conduttività con la stessa corrente di drain operano in qualsiasi momento nello stadio di uscita push-pull. Ha permesso di riunire gli spettri armonici per segnali in diverse parti delle caratteristiche di ampiezza, e ciò è stato ottenuto senza un circuito a ponte in cascata. Qualcosa in più sulle preferenze soggettive implicite. Un amplificatore con feedback generale assorbe i disturbi del carico reattivo, nonché le influenze acustiche esterne sul sistema mobile della testa dell'altoparlante, controllando la tensione di uscita.

In pratica, la riproduzione del suono con un tale amplificatore è spesso espressa dallo spazio “vuoto” del palcoscenico tra gli altoparlanti e il suo centro. È stato effettuato un semplice esperimento. Resistori con una resistenza pari a circa la metà della loro impedenza sono stati collegati in serie agli altoparlanti, dopo di che i fonogrammi in cui si manifestavano più chiaramente i “buchi” nella scena sonora sono stati ascoltati con un amplificatore all'OOS generale. Il risultato dell'ascolto ha confermato l'ipotesi: questo effetto è molto più evidente con un amplificatore con feedback generale senza resistenze aggiuntive.

Lo stadio di uscita proposto fornisce un basso fattore di smorzamento K_д=R_н/R_O, qui l'impedenza di uscita è di 2 ohm. Ciò è stato possibile collegando in serie i transistor dello stadio di uscita e, di conseguenza, la transconduttanza del transistor di potenza equivalente è stata dimezzata. Tale impedenza di uscita in assenza di un circuito di feedback generale ha permesso di migliorare la localizzazione delle sorgenti sonore virtuali, e per questo è necessario trasmettere la fase del segnale nel modo più corretto possibile. In questo caso, la velocità di variazione del segnale di uscita è importante. Sulla base delle misurazioni dei parametri reali dei driver dinamici ad alta frequenza, sono stati ottenuti i seguenti risultati: R_к\u4.5d 12.2-XNUMX ohm; l_k=0.16-0.33 mH. Per la prevalenza con la frequenza più alta, valori specifici corrispondono alla costante di tempo t=L_k/R_k=0.00027 H/12.2 Ohm = 0.000022 s, e la frequenza di taglio di tale convertitore è f_cf.=ω/2π=7191 Hz. Al di sopra di questa frequenza, la testina dinamica agisce come un filtro passa-basso e introduce notevoli distorsioni di fase nel segnale trasmesso.

Gli sviluppatori di altoparlanti prestano particolare attenzione alla selezione di testine dinamiche e filtri con gli stessi parametri. Affinché l'amplificatore non abbia un impatto significativo sulle proprietà di frequenza del percorso di riproduzione del suono, la sua frequenza operativa massima deve superare di un ordine di grandezza la frequenza di taglio della testata HF, in questo caso 71910 Hz, e la velocità di variazione SR = 29,3 V/μs a 65 V. Calcoliamo la velocità di risposta massima richiesta del segnale di uscita per una versione dell'amplificatore con una tensione di uscita massima di 65 V e una frequenza operativa massima di 24100 Hz (frequenza di taglio del filtro passa-basso dell'audio Lettori CD con DAC senza sovracampionamento): SR'=2πf_maxU_carico=2*3.14*24100*65=9.8 V/μs. L'amplificatore fornisce una velocità di variazione del segnale di uscita di almeno SR=2*3.14*200000*(30*1.41)=53 V/μs. Pertanto, l'amplificatore è in grado di funzionare con altoparlanti che hanno una risposta in frequenza estesa (superiore a 20 kHz). La stabilità alle alte temperature dello stadio di uscita non richiede l'uso di misure per stabilizzare ulteriormente la corrente di riposo; con un carico attivo, la sua risposta in frequenza è lineare fino a 200 kHz.

Lo schema elettrico dell'unità di protezione CA è classico ed è stato testato più volte. Quando viene applicata l'alimentazione, c'è un ritardo di 10 s per il collegamento del carico (può essere modificato selezionando i resistori R32, R33). Se sull'uscita dell'amplificatore è presente una componente CC superiore a ±0,6 V, il carico viene disattivato aprendo i contatti del relè. Quando l'alimentazione viene spenta, gli altoparlanti si spengono entro 0,2 s. La protezione contro i sovraccarichi di corrente nell'amplificatore si basa sulla limitazione della corrente di drenaggio di potenti transistor limitando la tensione alle porte con diodi zener e diodi VD13, VD14 e VD15, VD16; pertanto, la corrente massima attraverso i transistor di uscita non supera i 7 A. Va notato che questi elementi possono introdurre distorsioni a frequenze superiori a 100 kHz, quindi non è consigliabile installarli inutilmente. La descrizione dei transistor indica la presenza di un diodo zener a due anodi incorporato nel circuito gate-source a 15 V, ciò consente di proteggere il gate dalla rottura ad ampiezze più elevate della tensione di controllo.

Guadagno di tensione a circuito aperto dell'amplificatore K_u=1+(R17/2R15)=51(34 дБ).

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Design dell'amplificatore

Strutturalmente, l'amplificatore è realizzato su un circuito stampato di 160x100 mm. I disegni del circuito stampato e la disposizione degli elementi sono mostrati in Fig. 2. La scheda contiene tutti gli elementi dell'amplificatore e del raddrizzatore di alimentazione. Ad esso sono collegati i fili dei circuiti di alimentazione e di carico, nonché il circuito di ingresso. I transistor vengono premuti contro il dissipatore di calore direttamente attraverso la scheda. Utilizzo questa soluzione nei miei progetti da più di 10 anni. Ciò consente di ridurre al minimo tutte le connessioni. Qualsiasi superficie metallica piana, ad esempio un alloggiamento, viene utilizzata come dissipatore di calore; Anche la posizione e il fissaggio della tavola stessa non causano alcuna difficoltà. Si prega di notare che il filo comune del circuito di ingresso non è collegato sulla scheda al filo comune dell'alimentatore. Ciò viene fatto in modo che i fili comuni dei circuiti corrispondenti possano essere collegati in un punto comune (stella) di un sistema multicanale per ridurre il livello di interferenza. In assenza di tale necessità, è possibile realizzare un ponticello flottante tra il punto di uscita sul contatto X2 e il conduttore comune adiacente.

Il preamplificatore è alimentato da una sorgente separata con una tensione superiore di 10...25 V alla tensione di alimentazione dello stadio di uscita. Ciò garantisce un utilizzo più completo della tensione ed elimina la dispersione del segnale di uscita verso altri stadi lungo i circuiti di alimentazione. Puoi lasciare un transistor nello stadio di uscita, nel qual caso la resistenza di uscita dell'amplificatore diventerà 1 Ohm, e dovresti ridurre il numero di diodi nel circuito di polarizzazione a tre o quattro, oppure collegare due transistor in parallelo in un braccio - quindi la resistenza di uscita dell'amplificatore diventerà pari a 0,5 Ohm e la corrente di uscita massima aumenterà a 14 A. In questo caso, ancora una volta, il numero di diodi nel circuito di polarizzazione dovrebbe essere ridotto a tre o quattro. Per i casi di collegamento parallelo o seriale dei transistor di uscita, sul lato di montaggio sono presenti posti sulla scheda per i ponticelli, che vengono semplicemente chiusi mediante saldatura con fusibile secondo lo schema di collegamento selezionato. La tensione di alimentazione dello stadio di uscita per il funzionamento con un carico di 8 Ohm non è superiore a 2x70 V con una potenza di carico fino a 190 W; per 4 Ohm - 2x40 V con potenza fino a 100 W. Quando due transistor sono collegati in parallelo nel braccio, la potenza con un carico di 4 Ohm raggiunge 350 W con una tensione di alimentazione di 2x65 V. I valori massimi di tensione alternata dagli avvolgimenti del trasformatore di rete indicati nello schema corrispondono a una tensione di 2x40 V per l'alimentazione dello stadio di uscita e poco inferiore a 2x70 V per le fasi preliminari.

Quando i transistor ad effetto di campo venivano collegati in serie, il risultato di ascolto soggettivo era il più favorevole e si notava che il carattere del suono aveva caratteristiche inerenti agli amplificatori a valvole. La connessione parallela di potenti transistor è particolarmente utile in un amplificatore di canale subwoofer con un altoparlante di tipo chiuso con un breve tempo di ritardo: il suono di un tale subwoofer si integra perfettamente con il palcoscenico sonoro. Ho usato un transistor per braccio solo negli amplificatori della mia macchina; la loro alta qualità ha permesso loro di vincere quattro premi (due dei quali primi) nelle competizioni car audio nel 1992. Dopo aver assemblato la scheda, è necessario impostare la corrente di riposo dello stadio di uscita impostando il numero richiesto di diodi nel circuito VD5-VD12. Per fare ciò è sufficiente fornire energia alle fasi preliminari e di uscita.

I transistor dello stadio di uscita dovrebbero essere pressati al dissipatore di calore attraverso un materiale isolante elettrico conduttore di calore. Nel circuito di polarizzazione per cascate semplici e parallele, puoi lasciare due diodi e quattro per quelli in serie. Successivamente, aumentando il loro numero si imposta la corrente di riposo selezionata. Per rivelare le sfumature della riproduzione, consiglio di scegliere una corrente di riposo compresa tra 200 e 500 mA, ciò dipende dall'area del dissipatore di calore utilizzato e dall'efficienza del suo raffreddamento. Non sono necessarie misure aggiuntive per stabilizzare la corrente di riposo. Il punto di insensibilità alle variazioni della temperatura del cristallo si trova a una corrente di riposo di circa 100 mA e una tensione gate-source di 0,6 V. Dopo aver impostato la corrente di riposo, è necessario ridurre al minimo la tensione costante all'uscita dell'amplificatore.

Poiché nel circuito di retroazione non è presente alcun condensatore, il guadagno per le tensioni CA e CC è uguale. La conseguenza di ciò potrebbe essere una piccola tensione continua all'uscita dell'amplificatore. La pratica ha dimostrato che all'uscita di un tale amplificatore c'è solo una tensione positiva fino a 1,5 V. Per regolare la modalità, è necessario spegnere i fusibili nel circuito di potenza dello stadio di uscita e alimentare il preamplificatore. La cascata viene bilanciata selezionando il punto di connessione tra il resistore superiore R17 nel circuito di uscita e i diodi VD5-VD12 del circuito di polarizzazione: più basso nel circuito viene selezionato il punto di ponte del diodo, maggiore è la compensazione della componente continua. Misurando le tensioni sui collettori dei transistor VT11 e VT12 con un multimetro rispetto al filo comune, raggiungono la loro uguaglianza di grandezza. Per tale impostazione, la scheda è dotata dell'installazione di ponticelli flottanti, quando una goccia di saldatura chiude i conduttori selezionati nel circuito desiderato (questo può essere fatto solo quando la scheda viene rimossa dal dissipatore di calore). Ma il resistore R17 può anche essere saldato dal lato delle parti direttamente al terminale di uno dei diodi, senza rimuovere la scheda dal dissipatore di calore, e la corrente di riposo può essere regolata cortocircuitando i diodi sulla scheda con pezzi di filo del lato elementi. Questo completa la regolazione dell'amplificatore.

All'ingresso dell'amplificatore è possibile installare un condensatore di blocco C16 da 1 µF (mostrato solo sulla scheda), ad esempio il gruppo K73-17, ma nei centri musicali fissi questo di solito non è richiesto. Relè installato su un circuito stampato - WJ113A, WJ113-2C per una tensione di 12 o 24 V o un altro design simile per una corrente di almeno 16 A, ad esempio da TTI. È possibile utilizzare qualsiasi diodo ad alta frequenza nel circuito di polarizzazione. Sono applicabili anche i diodi zener domestici, ad esempio KS215ZH, KS218ZH, KS515G, KS509A-KS509V.

Tutte le parti utilizzate nell'amplificatore (ad eccezione dei transistor di uscita) sono vendute liberamente in molte aziende che vendono componenti radio. La documentazione sui transistor di uscita in formato PDF può essere facilmente trovata su Internet sui siti Web delle aziende nazionali che vendono componenti radio.

Autore: A. Grigoriev, Tomsk. Radio n. 1, 2007; Pubblicazione: cxem.net

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