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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Transistor UMZCH. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Amplificatori di potenza a transistor Solitamente, considerando il funzionamento dell'UMZCH, si presume che il suo carico sia puramente attivo. Tuttavia, un altoparlante, e anche con filtri smoothing, è un carico complesso e complesso. Quando si opera su un carico complesso, lo sfasamento risultante tra tensione e corrente all'uscita dell'amplificatore porta al fatto che con segnali di ingresso sinusoidali, la linea retta del carico si trasforma in un'ellisse. La posizione del punto operativo (curva di carico) per il carico reattivo sulle caratteristiche di uscita del triodo e del transistor durante l'amplificazione di un segnale armonico è mostrata in fig. 1 e 2, rispettivamente.
Come si può vedere dalla figura. 1, le caratteristiche di uscita di un triodo sono quasi ideali per un carico complesso come AC. Una gamma favorevole di armoniche (non superiore alla quinta) e un'elevata linearità determinano in gran parte la "morbidezza" del suono degli amplificatori a valvole. Allo stesso tempo, un amplificatore a transistor single-ended è completamente inadatto per lavorare con un altoparlante, perché. la linea di carico entra, da un lato, nella regione di limitazione della dissipazione di potenza ammissibile sul collettore (regione ombreggiata, al di sopra dell'iperbole), dall'altro, in regioni non lineari a Uke piccolo. La dimensione trasversale dell'ellisse della curva di carico dipende dalla componente induttiva del carico e la dimensione longitudinale dipende dalla componente attiva. Quando si amplificano segnali impulsivi, ad esempio del tipo "meandro", la linea di carico è un parallelogramma [1], il che aggrava ulteriormente la situazione. L'ampiezza del salto di tensione al momento della commutazione (dovuto all'autoinduzione EMF) dipende dal rapporto tra la costante di tempo del segnale To e la costante di tempo del carico T=L/R. In t>To, al fine di eliminare la possibilità di guasto dei transistor di uscita (ad esempio, negli amplificatori di classe D con PWM), i diodi collegati inversamente sono installati in parallelo con i transistor di uscita. Sulla fig. 3 mostra le caratteristiche di carico di uno stadio di uscita push-pull di un transistor UMZCH su una famiglia di caratteristiche di corrente-tensione di uscita con carico puramente resistivo (diretto) e con carico complesso (ellisse) all'interno della regione di funzionamento sicuro (OBR) di Transistor CC.
In questo caso, la massima dissipazione di potenza per ciascun transistore del braccio dello stadio di uscita aumenta proporzionalmente allo sfasamento <p del vettore di carico (Fig. 4). Il valore tipico dello sfasamento è generalmente compreso nell'intervallo 25...60°, ma in rari casi raggiunge gli 80°.
Poiché l'impedenza del sistema acustico (AS) è di natura induttiva, il cui vettore Z1=RL+ZL ha una direzione opposta alla direzione del vettore del carico capacitivo (Fig. 4), è possibile scegliere un circuito RC (compensatore Buchet) con impedenza Z2=R+Zc, compensando la componente induttiva del carico. Di conseguenza, l'impedenza dell'altoparlante diventa puramente attiva e non dipende dalla frequenza. Condizioni di compensazione [1]:
dove RL è l'equivalente della resistenza attiva dell'altoparlante (4...10 Ohm); C \u0,1d XNUMX uF. La natura impulsiva di un segnale sonoro reale e la natura complessa dell'impedenza dell'altoparlante portano al fatto che il valore di picco della corrente di uscita è 5...8 volte superiore al valore di ampiezza massima Im, corrispondente al funzionamento su carico attivo . Quindi, ad esempio, con una potenza di uscita di 60 W e una resistenza di carico di 4 ohm, il valore della corrente di picco in uscita può essere 5,5 A con un carico resistivo e 33 A con uno complesso. Questo mostra quanto sia importante scegliere la giusta catena RC di compensazione e avere un margine sufficiente di potenza UMZCH. Sulla fig. 5 mostra un diagramma del funzionamento dei transistori terminali nel modo AB, dove Uo1, Uo2 sono la loro polarizzazione iniziale; lo1, lo2 - corrente di riposo.
Con simmetria assoluta della cascata, la caratteristica totale è una linea retta, altrimenti c'è una curva in una direzione o nell'altra [З]. Il suono delle apparecchiature a valvole è spesso caratterizzato da epiteti come "velluto", "morbido", "caldo", naturale, ecc. Cosa l'ha causato? Innanzitutto il fatto che per le lampade il livello di distorsione aumenta lentamente all'aumentare del segnale, raggiungendo valori di diverse percentuali. Tale dipendenza è chiamata "distorsione monotona". Inoltre, non ci sono praticamente armoniche sopra la terza. Non è vano che gli amplificatori di classe Hi-Fi (High Fidelity - "high fedelity") siano sostituiti principalmente da amplificatori a valvole della classe Hi End (High End - "high total", "highest") con una distorsione non lineare fattore fino all'1%. Negli amplificatori a transistor, le distorsioni sono basse solo nell'area di lavoro e aumentano notevolmente quando si attraversano i suoi confini. Una caratteristica della stragrande maggioranza degli amplificatori a transistor è una chiara limitazione del segnale di uscita durante il sovraccarico di tensione a causa della saturazione dei transistor dello stadio di preuscita (amplificatore con OE o OB e il suo carico - generatore di corrente, Fig. 6). Questa limitazione non è sempre simmetrica, il che porta a un forte aumento delle componenti armoniche più alte (fino al 10% o più) e a un suono duro e "metallico". Come sai, "meandro" contiene circa il 30% di armoniche dispari. Allo stesso tempo, le informazioni utili ai picchi del segnale sono completamente sostituite da prodotti di pura distorsione per la durata del sovraccarico. In questo senso, l'amplificazione del segnale separata, a due o tre bande è pienamente giustificata. Poiché il livello dei componenti ad alta frequenza è inferiore di 10 ... 15 dB, non ci sarà compressione e scomparsa completa.
Per ridurre questo tipo di distorsione, un limitatore di ampiezza (Limiter) è installato direttamente all'ingresso di un UMZCH convenzionale. In un UMZCH multibanda, il limitatore non è installato all'ingresso comune, ma solo all'ingresso dell'amplificatore per basso. Inoltre, per amplificatori con alimentazione non stabilizzata, è necessario tenere conto della possibile riduzione della tensione di rete. Una possibile opzione per migliorare il suono di un amplificatore a canale singolo utilizzando un limitatore e controlli di tono attivi separati è mostrata nello schema a blocchi (Fig. 7). In questa opzione, quando si regola il limitatore, viene lasciato un margine per la capacità di sovraccarico dell'amplificatore per i componenti della gamma media e delle alte frequenze.
La modulazione di ampiezza di frequenze prossime a 50, 100 e 200 Hz alla massima potenza dell'UMZCH, alimentata da una sorgente non stabilizzata, introduce anche ulteriori distorsioni che conferiscono rigidità ai "bassi". Questo tipo di distorsione può essere eliminata alimentando l'UMZCH da una sorgente di tensione stabilizzata con una corrente di carico per impulso di almeno 20 A o aumentando la profondità dell'OOS di diversi ordini di grandezza nella regione delle basse frequenze utilizzando un integratore [ 2]. Ulteriori sfumature sono introdotte anche dall'autoeccitazione dell'UMZCH durante i transitori e quando si opera su un carico complesso. Pubblicazione: cxem.net
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