UMZCH semplice di alta qualità. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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

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L'analisi delle lettere dei radioamatori che hanno risposto all'articolo [1] ci ha permesso di giungere alle seguenti conclusioni. In primo luogo (e questo è naturale), tutti sono favorevoli alla creazione di amplificatori di potenza 3CH con circuiti semplici (UMZCH); in secondo luogo, quanto più semplice è il circuito dell'amplificatore, tanto meno i radioamatori meno addestrati si occupano del suo assemblaggio; in terzo luogo, anche i progettisti esperti spesso ignorano le regole di installazione conosciute, il che porta a fallimenti quando si ripete UMZCH su una base di elementi moderna.

Sulla base di quanto sopra, è stato sviluppato un UMZCH (vedi Fig. 1) basato sugli amplificatori descritti in [1, 2].

Fig.1 (clicca per ingrandire)

Le sue caratteristiche principali sono l'uso di un amplificatore operazionale in modalità a piccolo segnale (come nell'amplificatore descritto in [1]), che espande la banda di frequenza dei segnali riprodotti senza superare la velocità di variazione della tensione di uscita dell'amplificatore operazionale [ 3]; transistor dello stadio di uscita - nel circuito OE e dello stadio pre-terminale - con un carico diviso nei circuiti dell'emettitore e del collettore. Quest'ultimo, oltre all'ovvio vantaggio progettuale - la possibilità di posizionare tutti e quattro i transistor su un dissipatore di calore comune, offre alcuni vantaggi rispetto allo stadio di uscita in cui i transistor sono collegati secondo il circuito OK [2].

Principali caratteristiche tecniche di UMZCH:

• Intervallo di frequenza nominale con risposta in frequenza irregolare 2 dB, Hz.......20...20 000
• Potenza di uscita nominale (massima), W, a carico resistivo, Ohm: 4......30(42)
• 8......15(21)
• Coefficiente armonico alla potenza nominale, %, non di più, nell'intervallo di frequenza nominale.......0,01
• Tensione di ingresso nominale (massima), V.......0,8(1)
• Impedenza di ingresso, kOhm.......47
• Resistenza di uscita, Ohm, non più di .......0,03
• Livello relativo di rumore e di sottofondo, dB, non più.......-86
• Ampiezza dei picchi di tensione in uscita all'accensione e allo spegnimento dell'UMZCH, V, non più di ... 0,1

L'amplificatore operazionale DA1 è alimentato tramite i transistor VT1 e VT2, che riducono la tensione di alimentazione ai valori richiesti. Le correnti di quiescenza dei transistor creano cadute di tensione sui resistori R8 e R9, sufficienti a fornire la tensione di polarizzazione richiesta alle basi dei transistor VT3, VT4 e VT5, VT6. In questo caso, le tensioni di polarizzazione per i transistor dello stadio finale vengono scelte in modo tale (0,35...0,4 V) che rimangano chiuse in modo affidabile quando la tensione di alimentazione aumenta del 10...15% e il surriscaldamento del 60...80 °C. Vengono rimossi dai resistori R12, R13, che stabilizzano contemporaneamente la modalità operativa dei transistor dello stadio pre-finale e creano un feedback negativo locale sulla corrente.

La relazione tra le resistenze dei resistori R11 e R4 del circuito OOS viene selezionata dalla condizione di ottenere una tensione di ingresso nominale di 0,8 V. L'inclusione dei circuiti di correzione esterna e di bilanciamento dell'amplificatore operazionale non è mostrata nel diagramma per semplicità (questo ne parleremo nella sezione dedicata alla messa a punto dell'amplificatore).

Il filtro passa-basso R3C2 e il filtro passa-alto C3R10 con frequenze di taglio nella regione di 60 kHz impediscono il funzionamento dei transistor a frequenza relativamente bassa VT3-VT6 a frequenze più alte per evitare la loro rottura. I condensatori C4, C5 correggono le caratteristiche di risposta di fase delle cascate pre-terminale e finale, impedendone l'autoeccitazione in caso di installazione non riuscita.

La bobina L1 aumenta la stabilità dell'UMZCH con un carico capacitivo significativo.

L'UMZCH è alimentato da un raddrizzatore non stabilizzato. Può essere comune ad entrambi i canali dell'amplificatore stereo, ma in questo caso la capacità dei condensatori di filtro C8 e C9 deve essere raddoppiata e il diametro del filo dell'avvolgimento secondario del trasformatore T1 deve essere raddoppiato. I fusibili sono inclusi nel circuito di alimentazione di ciascun amplificatore.

Il design dell'UMZCH può essere diverso, ma è necessario tenere conto di alcune caratteristiche del design da cui dipende il successo della sua ripetizione.

Un disegno del circuito stampato e il posizionamento delle parti per un canale dell'UMZCH sono mostrati in Fig. 2

Ris.2

La lunghezza dei cavi delle parti non deve essere superiore a 7...10 mm (per facilità di installazione, i cavi dell'amplificatore operazionale DA1 sono accorciati a circa 15 mm). In UMZCH è necessario utilizzare condensatori ceramici con una tensione nominale di almeno 50 V. La scheda può essere montata sul dissipatore di calore dei transistor dello stadio finale utilizzando rack alti 15...20 mm o nelle immediate vicinanze di it, utilizzando qualsiasi connettore staccabile per collegare lo stadio finale al connettore dello stadio pre-finale, ad esempio MRN-22 (prese e pin del connettore sono collegati ai punti 1-5). In quest'ultimo caso, la resistenza dei resistori R12 e R13 dovrebbe essere selezionata pari a 43...47 Ohm, e sulla presa del connettore a cui sono collegati i transistor VT5, VT6, i resistori della stessa resistenza R12' e R13' dovrebbero essere installato (questo impedirà il guasto dei transistor se si perde il contatto nel connettore). La lunghezza dei conduttori tra la scheda e i transistor dello stadio finale non deve essere superiore a 100 mm.

Oltre a quanto indicato nel diagramma, l'UMZCH può utilizzare gli amplificatori operazionali K140UD6B, K140UD7A, K544UD1A, tuttavia, il coefficiente armonico a frequenze superiori a 5 kHz aumenterà in questo caso fino a circa lo 0,3%.

I transistor dello stadio pre-terminale sono posti su un dissipatore, piegato da una piastra di dimensioni 70x35x3 mm (esclusa una linguetta con foro di diametro 2,2 mm) in lega di alluminio, che è fissata alla scheda con una vite e un dado M2X8 per evitare la rottura dei terminali del transistor dovuta a urti meccanici accidentali.

I transistor dello stadio finale possono essere posizionati su un dissipatore comune a ciascun canale dell'UMZCH, oppure su un dissipatore comune ad entrambi i canali. Nel primo caso sono fissati al dissipatore e quest'ultimo è isolato dal case dell'UMZCH; nel secondo caso i transistor sono isolati e il dissipatore può essere un elemento strutturale del case dell'amplificatore. Per ridurre la resistenza termica del corpo del transistor - dissipatore di calore, è necessario utilizzare pasta termoconduttiva. Quando si utilizzano dissipatori di calore separati (per ciascun canale), è possibile utilizzare transistor in una custodia di plastica che, a causa della piccola area delle basi metalliche, può surriscaldarsi se le guarnizioni sono di scarsa qualità o il contatto termico con il dissipatore di calore è allentato e c'è una quantità eccessiva di pasta nello spazio. Si consiglia di installare i transistor in una custodia metallica su un dissipatore di calore comune ad entrambi i canali. L'area del dissipatore di calore per transistor deve essere di almeno 500 cm2.

Di grande importanza sono l'installazione dell'UMZCH e il collegamento dei suoi canali alla fonte di alimentazione. I cavi di alimentazione (+22 V, -22 V e comune) dovranno essere il più corti possibile (da posare separatamente per ogni canale) e di sezione sufficientemente grande (con una potenza massima di 42 W, almeno 1,5 mm2). Fili della stessa sezione devono essere utilizzati per collegare i sistemi di altoparlanti, nonché i circuiti di emettitore e collettore dei transistor dello stadio finale alla scheda UMZCH.

Hanno installato l'UMZCH con lo stadio finale spento. Se per collegare parti dell'UMZCH viene utilizzato un connettore staccabile, è conveniente utilizzare una presa tecnologica alla quale sono collegati solo i cavi di alimentazione e l'uscita del generatore di segnale 3H. Quando si collegano direttamente i transistor terminali alla scheda UMZCH, è sufficiente rimuovere i ponticelli di saldatura dai conduttori stampati dei loro circuiti di base e saldare temporaneamente questi ultimi ai terminali dell'emettitore.

Per bilanciare l'amplificatore operazionale DA1 (se necessario), la scheda dispone di fori per resistori regolati e fissi o ponticelli per collegare i pin del microcircuito in conformità con il circuito di bilanciamento per un tipo specifico. Ad esempio, per bilanciare l'amplificatore operazionale K544UD2, i suoi terminali 1 e 8 sono collegati tramite un resistore con una resistenza di 62 kOhm all'uscita del motore e uno dei terminali dell'elemento resistivo di un resistore sintonizzato con una resistenza di 22 kOhm. Il terminale libero di questo resistore è collegato tramite un ponticello al pin 7 dell'amplificatore operazionale e tramite un resistore con una resistenza di 75 kOhm "al pin 5 (in Fig. 2, questi elementi sono mostrati come linee tratteggiate). Quando si utilizza l'amplificatore operazionale K544UD1, il suo pin 1 è collegato ai pin tramite un resistore con una resistenza di 4.3 kOhm, un resistore tagliato con una resistenza di 1,5 kOhm, la sua uscita libera è collegata al pin 8 dell'amplificatore operazionale tramite un resistore con una resistenza di 5,1 kOhm e al pin 7 - con un ponticello. Per bilanciare gli amplificatori operazionali K140UD6 e K140UD7, vengono utilizzati resistori degli stessi valori, ma l'uscita libera del resistore di trimming è collegata tramite una costante un resistore con il pin 5 e un ponticello dell'amplificatore operazionale con il pin 4. Tuttavia, il bilanciamento potrebbe non essere necessario, quindi queste parti vengono installate solo se necessario.

La configurazione inizia con l'ingresso dell'amplificatore in cortocircuito, un oscilloscopio acceso in modalità di massima sensibilità viene collegato all'uscita e l'alimentazione viene applicata brevemente. Se non c'è tensione alternata in uscita, cioè non c'è autoeccitazione, misurare la modalità operativa dei transistor VT3, VT4 e dell'amplificatore operazionale DA1 utilizzando corrente continua. Le tensioni di alimentazione dell'amplificatore operazionale devono essere comprese nell'intervallo +13,5...14 e -13,5...14 V ed essere approssimativamente uguali (la deviazione è accettabile entro 0,2...0,3 V). La caduta di tensione sui resistori R12 e R13 dovrebbe essere pari a 0,35...0,4 V. Se differiscono in modo significativo (più del 10%) dal valore specificato, è necessario selezionare i resistori R8, R9, assicurandosi che siano le nuove resistenze rimasero le stesse. Sostituire i resistori quando l'alimentazione UMZCH è spenta. La resistenza approssimativa dei resistori per l'amplificatore operazionale K544UD2A è indicata nel diagramma. Quando si utilizzano gli amplificatori operazionali K544UD1A e K140UD6, la loro resistenza iniziale dovrebbe essere di 680 Ohm e quando si utilizza K140UD7 - 560 Ohm.

Dopo aver selezionato i resistori R8, R9, misurare la tensione CC all'uscita dell'UMZCH e, se supera 20...30 mV, bilanciare l'amplificatore operazionale DA1. Quindi collegare le basi dei transistor VT5, VT6 agli emettitori VT3, VT4 e, accendendo brevemente l'alimentazione, assicurarsi che in questa forma l'UMZCH non si autoecciti. Il rumore CA e la tensione di fondo quando l'ingresso è cortocircuitato non devono superare 1 mV.

Successivamente, all'uscita dell'UMZCH viene collegato un resistore con una resistenza di 16 Ohm con una dissipazione di potenza di 10...15 W, l'ingresso dell'UMZCH viene aperto, un generatore sintonizzato su una frequenza di 1 kHz viene collegato a e, aumentando gradualmente il suo segnale fino ad ottenere al carico una tensione di 13,5...14 V, verificare la simmetria della limitazione delle semionde positiva e negativa dell'onda sinusoidale.

La tensione costante minima (entro i limiti specificati) all'uscita dell'amplificatore viene raggiunta, se necessario, mediante il bilanciamento finale dell'amplificatore operazionale DA1. Successivamente, puoi iniziare a misurare le caratteristiche principali dell'UMZCH caricandolo con un carico nominale: un resistore con una resistenza di 4 o 8 Ohm. Le caratteristiche della creazione di un UMZCH di questo tipo sono descritte più dettagliatamente in [XNUMX].

Va tuttavia tenuto presente che un tentativo di regolare e valutare in modo ancora più accurato i parametri di un UMZCH assemblato senza osservare le regole di installazione di cui sopra, senza installarlo nel luogo previsto e senza alimentarlo con la propria potenza alimentazione, non solo non darà il risultato desiderato, ma può anche portare al guasto dei transistor dello stadio di uscita. La creazione dell'UMZCH e la misurazione delle sue caratteristiche dovrebbero essere avviate solo dopo che la sua progettazione è stata completamente completata. La semplicità dell'amplificatore è solo apparente. Non dobbiamo dimenticare che sia l'amplificatore operazionale DA1 che l'UMZCH nel loro insieme utilizzano transistor con frequenze di generazione massime di 100...300 MHz, e negli stadi di uscita - con capacità di transizione significative, che possono portare all'autoeccitazione anche in assenza apparente di collegamenti di circuiti inversi e carichi di entità sufficiente. L'induttanza insignificante del filo del circuito dell'emettitore, la disposizione parallela dei fili del circuito di base e del collettore su una lunghezza significativa possono causare autoeccitazione alle alte frequenze, il che è estremamente pericoloso per i transistor degli stadi finali e pre-terminali. (Tuttavia, questo vale non solo per il dispositivo descritto, ma anche per UMZCH assemblato secondo qualsiasi altro schema.)

Le caratteristiche dell'UMZCH vengono misurate secondo metodi ben noti utilizzando apparecchiature di misurazione adeguate. Per misurare singoli parametri i cui valori vanno oltre le capacità degli strumenti di misura commerciali (ad esempio piccole distorsioni non lineari), è possibile utilizzare i metodi pubblicati sulla rivista "Radio" (vedi, ad esempio, [4]).

Quando si misura il coefficiente armonico e il relativo livello di rumore e interferenza, è necessario tenere presente le possibili interferenze dalla rete di alimentazione, dai trasmettitori televisivi e radiofonici, dai televisori e da altri dispositivi radio a causa della scarsa schermatura dei cavi di collegamento, dell'ingresso UMZCH e della misurazione sensibile strumenti, nonché in assenza di collegamento reciproco di custodie senza messa a terra. A volte è sufficiente riorganizzare la spina di alimentazione di uno dei dispositivi o UMZCH nella presa per ottenere il risultato sbagliato. A proposito, non dovresti usare il metodo noto dalla vecchia pratica radioamatoriale per controllare l'UMZCH, toccando il suo circuito di ingresso con il dito. Ciò può portare a un livello di interferenza ad alta frequenza tale da causare il guasto dei transistor di uscita.

Il circuito considerato può essere preso come base quando si crea UMZCH con diverse potenze di uscita. Per fare ciò, è sufficiente modificare una serie di elementi dell'UMZCH e dell'alimentatore. Dalla tabella si possono ricavare alcune raccomandazioni in merito.

Quando si costruisce un UMZCH con una potenza di uscita di circa 25 W, alcuni elementi possono essere eliminati (vedere Fig. 3).

Ris.3

Come puoi vedere, invece di un resistore nel circuito dell'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale DA1, collegato a un filo comune, qui viene utilizzato un divisore di resistori R1-R3, che ha permesso di abbandonare il terminale centrale dell'avvolgimento secondario del trasformatore di rete T1. Ciò consente l'utilizzo di trasformatori con una tensione di avvolgimento secondario di 24...28 V e protegge il sistema di altoparlanti da guasti in caso di guasto di uno dei transistor dello stadio finale.

UMZCH secondo lo schema di Fig. 3 possono essere montati sullo stesso PCB (vedi Fig. 2). In questo caso, i fori per i terminali dei resistori R2, R5-R7 sono lasciati liberi, i resistori R8 e R9 sono saldati direttamente nel circuito di alimentazione dell'amplificatore operazionale DA1, per il quale sono installati ponticelli nei fori per i terminali degli emettitori e dei collettori dei transistor VT1, VT2. Con una potenza di uscita inferiore a 25 W, nella fase finale è possibile utilizzare transistor delle serie KT805 e KT837 con qualsiasi indice di lettera.

Istituzione di UMZCH secondo lo schema di fico. 3 non differisce da quanto sopra descritto.

letteratura:

1. Gumelya E. Qualità e circuiti UMZCH. - Radio, 1985, n. 9, p. 31-35
2. Rieder I. Abacus Rieder 60-120 - Funktcheu. 1986, n. 2. S. 39-41.
3. Gumelya E. Qualità e circuiti UMZCH. Radio, 1986, n. 5. Insieme a. 43-46
4. Mitrofanov Yu Modalità economica A in un amplificatore di potenza - Radio 1986, n. 9 p. 40-43

Autore: E.Gumelya

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