Amplificazione multicanale in UMZCH con OOS estremamente profondo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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L'autore propone un'originale struttura multicanale del transistor UMZCH. Questo amplificatore raggiunge una distorsione molto bassa grazie al feedback multi-loop. L'OOS a banda larga (fino a 100 MHz) viene ottenuto nel canale principale a bassa potenza con un ritardo molto basso. In effetti, l'autore ha sviluppato un amplificatore ad alta velocità di precisione.

Non da ultimo, il motivo per cui è stato scritto l'articolo è stato il dibattito in corso tra gli audiofili sui pericoli dell'OOS e sulla restrizione del suo utilizzo. Sfortunatamente, le impressioni superficiali sono più che sufficienti per accusare l'OOS di scorrettezza. Naturalmente, le critiche alla NOS profonda generalmente non sono serie; il motivo del risultato negativo va ricercato nella progettazione circuitale degli amplificatori. Nei dispositivi ricevitore-amplificatore per scopi professionali e militari a frequenze fino a 1 GHz [1], si consiglia di utilizzare cascate con appunto NFB, in quanto forniscono la massima gamma dinamica e linearità. Raccomandazioni simili sono implementate nelle apparecchiature radioamatoriali [2].

Il criterio fondamentale per la linearità di un amplificatore "ideale" è l'identità di scala dei valori istantanei dei segnali di ingresso e di uscita. È OOS che stabilizza il guadagno dell'amplificatore in termini di parametri determinati dalla struttura e dal tipo di feedback. La qualità della stabilizzazione è determinata dal margine di guadagno all'interno del loop CNF [3]. Margine di guadagno - oltre 120 dB in una banda di 20 kHz - commisurato alla gamma dinamica del dispositivo, consente di generare un segnale di uscita con un errore inferiore allo 0,0001%. Pertanto, l'uso di un feedback estremamente profondo dovrebbe essere considerato obbligatorio per garantire un'amplificazione di alta qualità dei segnali a banda larga e la linearità degli amplificatori a transistor. Sfortunatamente, nonostante i termini ben noti di questi concetti, sono spesso interpretati in modo piuttosto strano o ignorati del tutto, quindi sono necessari alcuni commenti.

Criteri e principi di tutela ambientale

Molti sviluppatori UMZCH prestano attenzione al fatto che l'amplificatore deve avere un'elevata linearità anche prima della copertura OOS. Tuttavia, è molto importante che l'UMZCH abbia un'elevata linearità nell'intervallo di frequenza, il cui periodo è vicino al tempo di passaggio del segnale attraverso gli stadi di amplificazione coperti dall'OOS. Poiché il feedback non funziona più a queste frequenze, le non linearità e il rumore provocano la comparsa di componenti di combinazione nel processo di modulazione parassita nelle cascate UMZCH. Nella gamma di frequenze in cui il NOS è ancora attivo, sono possibili effetti spiacevoli quando l'efficienza del feedback è notevolmente ridotta in determinate condizioni [4]. Si scopre che il segnale all'uscita dell'amplificatore è molto simile all'ingresso, ma contiene comunque un complesso groviglio di componenti parassiti. Come risultato di tale amplificazione, compaiono distorsioni moltiplicative di fase, simili al "jigger" nei canali di trasmissione digitale.

La base dell'elevata linearità dovrebbe essere considerata il funzionamento di dispositivi elettronici in un segnale basso [5], vicino alla modalità statica, poiché i cambiamenti nei loro parametri elettrici sotto l'influenza di un segnale o di un fattore destabilizzante sono la causa principale delle distorsioni. Un livello di segnale elevato porta a cambiamenti nei parametri di amplificazione e frequenza tempo delle cascate.

Il tempo di passaggio del segnale attraverso gli stadi dell'amplificatore dipende da molti fattori, il che porta alla comparsa di fenomeni "simil-jitter", indipendentemente dalla presenza di feedback. Allo stesso tempo, per il FOS, è di fondamentale importanza che il tempo di ritardo del segnale di retroazione sia estremamente breve, che è effettivamente vicino al tempo di transito del segnale attraverso le cascate dell'amplificatore, perché in questo momento il segnale FOS è ritardato rispetto all'ingresso segnale. Maggiore è il livello di questo segnale (cioè, maggiore è il guadagno) e il tempo di ritardo del segnale, maggiore è la modulazione parassita e la distorsione.

Di conseguenza, vengono imposti requisiti più severi sulla capacità di sovraccarico delle cascate. Il sovraccarico delle cascate blocca le funzioni stabilizzatrici della protezione ambientale. La probabilità di sovraccarico è in realtà correlata al tempo di risposta * attraverso il circuito di retroazione (il tempo che intercorre tra l'arrivo di un segnale all'ingresso dell'amplificatore e la sua risposta attraverso il circuito di retroazione). La maggior parte delle carenze di UMZCH con OOS profondo sono legate proprio all'amplificazione forzata a frequenze il cui periodo è vicino al tempo di passaggio del segnale attraverso gli stadi di amplificazione coperti da OOS. Il degrado della qualità dell'amplificatore progredisce con l'aumento del tempo di ritardo nell'anello di retroazione, aggravato dall'aumento del numero di stadi. In altre parole, il numero di stadi di amplificazione successivi a una grande profondità della retroazione totale è molto limitato.

Va notato che l'uso di stadi a transistor con un emettitore comune (compresi stadi differenziali e generatori di corrente) ha un effetto molto negativo sia sulle caratteristiche di modulazione che di sovraccarico dell'amplificatore. Cascate di questo tipo rappresentano in realtà un mixer, dove la sua gamma dinamica serve come criterio per la linearità. Nella gamma di modalità consentite per i transistor, il limite superiore della gamma dinamica è proporzionale alla corrente attraverso il mixer [2].

In altre parole, le cascate devono avere un'ampia gamma dinamica e le corrispondenti modalità di corrente e tensione per i transistor, e le loro variazioni in presenza di un segnale sono minime. Il segnale stesso deve essere sufficientemente "lento" rispetto alla velocità degli elementi di amplificazione, quindi c'è meno variazione di segnale durante il tempo di reazione nel circuito di retroazione e minore distorsione. La frequenza di taglio Fgr dei dispositivi di amplificazione dovrebbe essere la più grande possibile della frequenza del guadagno unitario F1 dell'amplificatore.

Pertanto, un numero estremamente limitato di stadi ed un tempo di risposta estremamente breve dell'anello di reazione sono le condizioni fondamentali per ottenere la linearità in un'ampia banda e un'ampia gamma dinamica dell'amplificatore. Inoltre le cascate devono operare in classe A, e quindi al di fuori della banda operativa il loro coefficiente di trasferimento è significativamente inferiore a uno. In altre parole, in assenza di "gobbe" nella risposta in frequenza, la frequenza di chiusura Fdm del loop CNF (Fcd è il reciproco del tempo di risposta del loop CNF) dovrebbe essere molto più alta della frequenza del guadagno unitario (Fgm >> F1), e il segnale a frequenze vicine a Fgm dovrebbe essere notevolmente indebolito.

Allo stesso tempo, con un OOS estremamente profondo, dovrebbe essere assicurato contemporaneamente un basso livello di penetrazione del segnale di uscita all'ingresso UMZCH alla frequenza di chiusura del loop OOS. L'ultimo fattore è molto importante, poiché è nell'UMZCH che il livello del segnale di uscita (in termini di tensione) è elevato e l'efficienza di intermodulazione ha una dipendenza prossima al cubo del segnale di ingresso [2].

A sua volta, il circuito NF generale non dovrebbe avere connessioni aggiuntive (e parassite) con cascate UMZCH intermedie o con circuiti NF locali. Il significato è semplice: è necessario escludere la penetrazione del segnale predistorto nel loop dell'OOS generale. Il guadagno con OOS abilitato dovrebbe essere minimo. In altre parole, minore è il guadagno, maggiore è proporzionalmente il rapporto segnale/rumore + interferenza e minore è proporzionalmente la frequenza di guadagno unitario dell'UMZCH a una frequenza di taglio del guadagno di anello fissa. Si noti che un aumento del livello del segnale di ingresso e l'uso di amplificatori di ingresso a bassissimo rumore possono portare a un deterioramento delle caratteristiche di sovraccarico di ingresso dell'UMZCH.

I circuiti del percorso del segnale, così come l'ingresso e l'OOS (specialmente a RF) devono avere una resistenza relativamente bassa (da decine a centinaia di ohm). E qui dovresti prestare attenzione al fatto che una diminuzione della resistenza del circuito che controlla il transistor, collegato secondo il circuito con un emettitore comune (CE), peggiora nettamente le sue caratteristiche di sovraccarico.

I resistori nei circuiti di base ed emettitore dei transistor dello stadio di amplificazione migliorano significativamente la loro linearità e le caratteristiche di sovraccarico. L'aumento della resistenza di ingresso riduce la corrente di ingresso e quindi riduce in modo semplice ed efficace il guadagno a frequenze vicine a F. In questo caso, è altamente desiderabile accendere questi resistori (per ridurre il guadagno) in ogni stadio di amplificazione [4, 6], ma la massima efficienza si ottiene quando sono accesi proprio all'ingresso dell'amplificatore [7]. Tali resistori svolgono funzioni analoghe nei dispositivi a radiofrequenza [2] (amplificatori, mixer, ecc.), riducendo l'amplificazione delle cascate alla frequenza di taglio (Fgr = Fzam) dei transistor utilizzati e riducendone la tendenza all'autoeccitazione. Tuttavia, va notato qui che con una grande variazione della corrente di base, il resistore nel circuito di base può creare un livello di distorsione molto elevato. Di conseguenza, l'uso di resistori nei circuiti di base dovrebbe essere utilizzato solo quando il transistor opera in strutture con feedback molto profondo.

Trovare un compromesso tra i requisiti che si escludono a vicenda sopra elencati è spesso un compito ingrato. L'esecuzione assoluta e la loro combinazione in un amplificatore è semplicemente irrealistica.

È possibile realizzare un OOS estremamente profondo, così come i requisiti indicati, solo con l'amplificazione multicanale, cioè sulla base di Multichannel Amplifying Structures (MCUS).

Criteri e principi dell'ICCC

L'uso di MKUS consente di ridurre radicalmente il tempo di ritardo del segnale nell'amplificatore, ovvero garantire un tempo di risposta estremamente breve del circuito di retroazione. Di conseguenza, diventa possibile aumentare notevolmente la frequenza di chiusura del circuito CNF (Fc), per fornire un margine di guadagno molto ampio - e tutto questo a un livello di rumore vicino al limite. In questa versione dell'amplificatore, è possibile combinare i vantaggi di vari approcci nell'ingegneria dei circuiti, utilizzando nodi significativamente diversi con specifiche diverse e spesso con caratteristiche uniche. In tali strutture è possibile utilizzare diverse classi di amplificazione (A, B, C e anche D), circuiti di commutazione e tipologie di dispositivi elettronici.

Le opzioni per il collegamento di canali di amplificazione aggiuntivi in ​​\uXNUMXb\uXNUMXbquesto caso si basano sul criterio di soppressione del segnale del canale principale (sia all'ingresso che all'uscita e all'interno) mediante la sua amplificazione aggiuntiva e trasmissione al circuito di uscita. In generale, il processo di trasmissione di questo segnale può essere eseguito da altri amplificatori. Pertanto, è possibile creare un margine di guadagno molto ampio all'interno dell'anello CNF e quindi fornire un errore estremamente piccolo nell'anello CNF. Perché la conseguenza di un guadagno ideale in un amplificatore con un OOS comune è ... l'assenza di un segnale all'uscita del sommatore di segnali diretti e di ritorno (lungo il circuito OS). Qui il concetto di amplificatore principale (principale) (canale) esprime la sua priorità nel chiudere il circuito di feedback con un'influenza decisiva sulla formazione di un segnale di uscita non distorto.

Il parametro principale del canale di amplificazione principale dovrebbe essere considerato il suo tempo di ritardo, che dovrebbe essere estremamente piccolo. I parametri specifici dei canali di amplificazione aggiuntivi possono essere il livello di rumore intrinseco, la potenza di uscita, ecc.

Va notato che i principi dell'elaborazione del segnale multicanale (parallelo) sono noti da tempo relativamente lungo [9], ma, sfortunatamente, a parte le apparecchiature di misurazione di precisione, sono raramente e modestamente utilizzati. Soprattutto nell'implementazione di un ampio margine di guadagno all'interno del ciclo OOS. Allo stesso tempo, un certo numero di schemi sia di UMZCH [5, 10] ** che di amplificatori operazionali a banda larga rientrano nel concetto di MKUS.

Pertanto, è consigliabile integrare diversi approcci nei circuiti UMZCH [3-8] con la logica del funzionamento in parallelo degli amplificatori, ad esempio MKUS. Va notato che il numero di opzioni per la costruzione di amplificatori basati su MKUS è piuttosto ampio, ma in relazione a UMZCH ha senso utilizzare strutture che, a causa di un margine di guadagno molto ampio, renderebbero anche un potente e spesso a bassa frequenza lo stadio di uscita svolge le sue funzioni in modo impeccabile.

Come esempio di MKUS, si consideri il circuito (Fig. 1) di un amplificatore invertente a tre canali progettato per funzionare su un carico a bassa potenza. Qui, l'amplificatore operazionale DA1 (opportunamente regolato) è il canale principale dell'amplificatore che imposta la frequenza di chiusura del loop CFO (Fzam), e gli amplificatori DA2 e DA3 formano canali aggiuntivi che operano secondo il criterio della soppressione del segnale, rispettivamente, a l'ingresso e l'uscita di DA1.

Quindi, il segnale che è arrivato attraverso i resistori R1, R7 all'ingresso dell'amplificatore operazionale DA1 viene amplificato e attraverso il condensatore C2 viene inviato all'uscita dell'amplificatore. Gli elementi C1, R2 e R1 formano un loop OOS. Inoltre, il segnale viene amplificato attraverso il canale DA2, nonché DA3, da cui passa all'uscita comune attraverso il resistore R11. Pertanto, in relazione ai segnali a bassa frequenza, il guadagno all'interno del loop CNF aumenta in modo significativo. I divisori di segnale R5R6 e R8R9 forniscono priorità al canale principale (DA1), riducendo il guadagno di DA2 e DA3 a un livello in cui l'ulteriore sfasamento introdotto da questi amplificatori operazionali è facilmente compensato dal canale principale.

Qui dovresti essere guidato dalla regola: il segnale dovrebbe essere ridotto (diviso) proprio all'ingresso di ulteriori canali di amplificazione, il che migliora significativamente le loro caratteristiche di sovraccarico. Un'eccezione possono essere solo gli amplificatori collegati all'ingresso (DA2), a causa del deterioramento del rapporto segnale/rumore. I resistori R4 e R7 migliorano le caratteristiche di sovraccarico in ingresso. Funzioni simili, seppur indirettamente, sono svolte dagli elementi R3 e R10; riducono significativamente il guadagno degli stadi di ingresso dell'amplificatore operazionale, specialmente vicino a Fdet. Va sottolineato qui che tali resistori eliminano questo problema, poiché la correzione della frequenza dell'amplificatore operazionale secondo il metodo standard, di norma, non protegge gli stadi di ingresso dell'amplificatore operazionale dal sovraccarico del segnale RF. In assenza di questi resistori, i prodotti di distorsione ad alta frequenza attraverso il condensatore C1 vanno direttamente agli ingressi dell'amplificatore operazionale e li sovraccaricano (il guadagno è forzato a frequenze vicine a Fzam). A sua volta, OOS profondo per RF (attraverso il condensatore C1) crea un forte calo nella risposta in frequenza dell'amplificatore alla frequenza F1 dell'amplificatore operazionale DA1. Pertanto, vengono fornite elevate caratteristiche di sovraccarico sia all'uscita DA1 che all'ingresso DA3 e, di conseguenza, l'intero amplificatore nel suo insieme.

Alle frequenze audio, il segnale viene amplificato in sequenza da tre amplificatori operazionali: DA2, DA1, DA3 (possono anche essere realizzati utilizzando la tecnologia MKUS). L'uso di un amplificatore operazionale semplifica l'implementazione del progetto, sebbene non sia vietato l'uso di transistor sia ad alta frequenza che a microonde.

Passando all'opzione UMZCH, è molto allettante utilizzare un potente amplificatore (di seguito ULF) come DA3, con un'elevata resistenza di uscita da cui potrebbe essere esclusa la resistenza R11. È possibile anche un'altra soluzione: al posto degli elementi C2 e R11, utilizzare un dispositivo di corrispondenza più efficiente (multicanale), quindi ULF può essere realizzato come unità separata! Ciò consente di ridurre il livello di interferenza e interferenza di 20...40 dB.

Come per altre unità di amplificazione, qui è tecnologicamente opportuno utilizzare amplificatori operazionali a banda estremamente larga (radiofrequenza) che consentano il funzionamento con OOS al cento per cento. In altre parole, il tempo di transito del segnale estremamente breve e, di conseguenza, lo sfasamento minimo alla frequenza di guadagno unitario sono i parametri decisivi nella scelta di un amplificatore operazionale. L'intera gamma di argomenti è piuttosto complicata, e quindi la scelta è ricaduta su un amplificatore operazionale a banda larga relativamente medio. Certo, l'uso di una base di elementi ultramoderna con caratteristiche "altissima" è piuttosto impressionante, ma a un prezzo elevato non è consigliabile.

Nel frattempo, l'elevata efficienza del MKUS con l'aggiunta di segnali all'uscita dell'amplificatore (con un dispositivo di adattamento di alta qualità) consente di utilizzare transistor con parametri modesti nello stadio di uscita del canale a bassa frequenza. A causa della frequenza di taglio relativamente bassa Fgr dei potenti dispositivi bipolari, è necessario concentrarsi sul requisito essenziale discusso sopra: il funzionamento dei transistor vicino alla frequenza non è consentito e, di conseguenza, l'amplificazione dell'UMZCH (con il feedback attivato) a questa frequenza dovrebbe essere insignificante (F1< Fgr). L'aumento della frequenza di taglio del loop CFO al rapporto F1> Fgr porta al fatto che l'amplificatore di ingresso (solitamente a banda molto larga) provoca un sovraccarico delle successive cascate a bassa frequenza dell'UMZCH.

Sulla base dei principi qui delineati, uniti dalla tecnologia MKUS, l'autore ha sviluppato uno schema per un UMZCH a tre canali relativamente semplice, mostrato in Fig. 2. La sua potenza nominale Pout 75 W quando opera su un carico Rn = 4 ohm.

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Il canale di amplificazione principale (DA1, VT1) utilizza un amplificatore operazionale RF AD812. La sua frequenza di guadagno unitario F1 = 100 MHz, EMF auto-rumore Esh = 4 nV/Hz, e il guadagno è di circa 40 dB a una frequenza di 3 MHz, corrispondente alla frequenza Frp di potenti transistor ULF (A1 in Fig. 2) , che consente di sopprimere efficacemente la distorsione dello stadio di uscita ULF. È il canale principale che determina la frequenza di chiusura del loop CFO (Fzap e la stabilità dell'UMZCH a frequenze superiori a Fgr. Un tempo di risposta molto breve e stabile del loop CFO è assicurato dalla velocità del canale principale e dall'operazione del ripetitore su VT1 in modalità classe A, che elimina i fenomeni di tipo jitter (modulazione di fase) .

In questo schema, il canale principale opera nella banda dalle frequenze audio alla frequenza Fzam. La specificità e la priorità del canale principale è il suo funzionamento a frequenze vicine a Fzam e la chiusura del ciclo OOS. Consideriamo il funzionamento dell'UMZCH nella banda di frequenza da F1 = Frp = 3 MHz a Fdet = 250 MHz, utilizzando un segnale pulsato con fronti ripidi per l'analisi. Il segnale di ingresso attraverso i resistori R1, R2 arriva all'ingresso del segnale UMZCH (punto A), quindi attraverso il resistore R9 - all'ingresso dell'amplificatore operazionale DAI, VT1, il cui emettitore è l'uscita del canale principale (punto B ). Dall'uscita del canale principale attraverso gli elementi C7, C8 e R22 del dispositivo di adattamento, il segnale passa all'uscita UMZCH (punto C), dove questo segnale domina il segnale proveniente dall'ULF, e quindi attraverso il circuito C2 , R3 chiude il circuito OOS all'ingresso del segnale UMZCH al punto A. Il circuito RF OOS a bassa resistenza (elementi C1, C2, R2, R3) fornisce una divisione del segnale di alta qualità a queste frequenze, mentre le induttanze L1 e T1 separano il parassita capacità (di montaggio).

Il segnale operante nel punto A viene ulteriormente amplificato dal secondo canale di amplificazione (DA2). Questo ulteriore canale di amplificazione è abilitato dal criterio di soppressione del segnale del canale principale (DA1) al suo ingresso. Per un segnale, il canale su DA2 è un preamplificatore, si "spegne" solo alle frequenze più alte (sopra i 10 MHz), dove si verifica uno sfasamento inaccettabile in condizioni di stabilità. Il segnale DA2 dell'amplificatore operazionale amplificato attraverso il dispositivo di priorità DA1 (divisore di segnale R10R11) viene inviato all'ingresso non invertente DA1. Alle frequenze audio, l'uscita DA2 ha un livello di segnale molto basso, cioè funziona quasi in modalità statica.

Pertanto, il segnale amplificato in serie da due amplificatori operazionali (DA2, DA1) arriva anche all'uscita del canale di amplificazione principale (punto B). Lì, il segnale si dirama attraverso il resistore R23 al terzo canale di amplificazione - A1 (ULF), dalla cui uscita arriva il segnale dell'audio e la frequenza "zero" attraverso il dispositivo di adattamento (avvolgimento secondario del trasformatore T1) l'uscita dell'UMZCH (punto C). Alle frequenze in cui la velocità dell'ULF è limitata, lo stadio di uscita su VT2 con il trasformatore T1 funziona secondo il criterio per sopprimere gli errori di ampiezza e fase all'uscita dell'ULF.

L'uso dell'induttanza sotto forma di T1 è dettato dalla necessità di soddisfare due condizioni contrastanti: una resistenza molto bassa del dispositivo di adattamento alle frequenze audio e alta a frequenze vicine a Fgr, potenti transistor. Va sottolineato qui che la questione della corretta corrispondenza delle strutture RF e LF a bassa resistenza è molto importante a causa del verificarsi di varie risonanze parassite. In questo caso, la risonanza si verifica in un circuito costituito dal condensatore C7 e dall'induttanza dell'avvolgimento secondario T1, ed è strettamente correlata al guadagno e alla fase all'uscita dell'ULF. Il circuito C8, R22 riduce la frequenza e il fattore di qualità di questo circuito. Il circuito oscillatorio degli elementi C9, R27 e l'induttanza dell'avvolgimento primario del trasformatore T1 li riducono ancora più in basso, poiché sono sintonizzati su una frequenza ancora più bassa.

Il trasformatore dovrebbe essere considerato come un filtro (LPF) e come un elemento del sommatore di segnale all'uscita UMZCH, che sopprime i resti delle manifestazioni risonanti parassite e dell'errore di fase utilizzando le risorse di amplificazione del canale principale su DA1. L'avvolgimento primario T1 è collegato a un inseguitore di emettitore su un transistor VT2, che allo stesso tempo è uno stabilizzatore di corrente per VT1 La priorità del canale principale (DA1) è fornita se il trasformatore è abbassato. La tensione dell'avvolgimento secondario T1 è effettivamente inserita in serie con la tensione proveniente dall'uscita ULF. Per sopprimere efficacemente la distorsione ULF, il trasformatore deve essere sufficientemente a banda larga, avere un'elevata efficienza (buon collegamento di flusso) a frequenze dell'ordine di Fgr.

I microcircuiti RF devono essere alimentati da un regolatore bipolare separato con una tensione di ±12,5 V.

Ora sull'ULF, il cui schema è mostrato in Fig. 3. Il suo stadio di uscita è un potente inseguitore di emettitore simmetrico controllato da un generatore di corrente [8]; lo schema è classico e non ha bisogno di commenti. L'ULF è abilitato secondo il criterio della soppressione del segnale all'uscita del canale principale. Prima dell'ULF, è incluso un dispositivo per creare la priorità del canale principale (DA1): un divisore di resistori R23 (vedi Fig. 2) e R32 (Fig. 3). Il suo compito è ridurre il guadagno ULF alle frequenze intorno a Fgr con un minimo cambiamento di fase, e alle frequenze più alte, ridurre il guadagno a zero per mezzo di C20. Ciò migliora le caratteristiche di sovraccarico e l'immunità ai disturbi dell'ULF.

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Pertanto, il contributo dell'ULF al segnale di uscita dell'UMZCH alle alte frequenze (sopra i 3 MHz) diminuisce tre volte: come risultato di OOS profondo (dovuto alla diminuzione della risposta in frequenza alle frequenze Fgr), il divisore R23R32 e C20, e anche per l'elevata resistenza induttiva dell'avvolgimento T1. A una frequenza di circa 15 MHz, la tensione all'uscita ULF (nel punto E) è di 180 ° dietro la tensione all'uscita UMZCH (nel punto C)! Il condensatore C25 nell'ULF svolge una doppia funzione. Oltre a creare una correzione di frequenza ULF, in cascata sui transistor VT6, VT7 forma un canale parallelo a frequenze superiori a 3 MHz. Il segnale dall'emettitore VT3 viene inviato attraverso il condensatore C25 (bypassando VT4 e VT7) ai follower dell'emettitore di uscita (con il livello di ingresso ULF), riducendo il tempo di transito del segnale attraverso l'ULF.

Qui è necessario sottolineare il ruolo ambiguo del circuito di correzione dell'anticipo tramite il condensatore C22. Questo condensatore riduce lo sfasamento del segnale all'uscita ULF (a frequenze dell'ordine di 3 MHz), mentre il livello del segnale all'uscita del canale principale diminuisce (punto B). Ma il condensatore C22 aumenta l'amplificazione a frequenze superiori a Fgr, il che peggiora le caratteristiche di sovraccarico del canale e ne aumenta la distorsione. Pertanto, l'uso di C22 è giustificato solo quando si utilizzano transistor ad alta frequenza insufficientemente (serie KT818, KT819); negli altri casi è da escludere la catena R34, C22.

Pertanto, il segnale all'uscita dell'UMZCH (punto C) è in realtà un segnale composito. I segnali nella banda di frequenza operativa passano all'uscita dall'ULF attraverso l'avvolgimento secondario T1. e il segnale di compensazione per sopprimere la distorsione ULF alle alte frequenze avviene attraverso i transistor VT1, VT2 e il trasformatore T1.

Il guadagno sequenziale di tutti i canali (DA2 DA1, ULF) a una frequenza di 20 kHz raggiunge i 160 dB. che riduce l'errore con il FOS introdotto ad un valore inferiore allo 0,0001%. L'esiguità di questo errore (livello del segnale al punto A) può essere valutata visivamente dopo la sua amplificazione da parte dell'amplificatore operazionale RF DA2 (al punto D), utilizzando il metodo di I. T. Akulinichev [3] noto ai lettori della rivista. Ma a causa dell'enorme margine di guadagno all'interno del circuito di retroazione, l'errore è molto piccolo (meno di 1 mV) ed è quasi lineare.

Tuttavia, qui è necessario prestare attenzione al livello di interferenza e connessioni parassite nei circuiti di segnale, anche attraverso cavi comuni. Ad esempio, la corrente nel circuito OOS (attraverso gli elementi C1, C2, R2 - R5) a una frequenza di 20 kHz crea una caduta di tensione sul filo SCR a un livello di diversi microvolt rispetto al circuito di precisione OP1. Questo pickup sull'SCR è lineare e non rappresenta alcun pericolo. Ma nonostante la scarsità, il pickup, amplificato migliaia di volte, aumenta notevolmente il livello del segnale all'uscita dell'amplificatore operazionale DA2. Per osservare correttamente l'entità dell'errore nel circuito CNF, è necessario utilizzare un filo comune per tutti gli stadi, chiudendo OP1-OP4 a OP5 e un amplificatore aggiuntivo di 20 ... 40 dB. Gli oscillogrammi di un segnale sinusoidale con una frequenza di 20 kHz sono mostrati in fig. 4 durante il funzionamento di UMZCH con potenza di uscita Pout = 75 W; dall'alto verso il basso: uscita DA2 (punto D) con una divisione della scala di 1 mV, uscita DA1 (punto B) - con una divisione della scala di 0,5 V.

L'interferenza ad alta frequenza all'ingresso dell'amplificatore è attenuata dal filtro R1C1 e il suo condensatore è anche incluso nel circuito RF OOS (R2 / R3 \u2d C1 / C7). Il circuito OOS a bassa resistenza riduce drasticamente l'effetto delle interferenze RF e delle capacità parassite. I resistori R9 e RXNUMX aumentano efficacemente la capacità di sovraccarico degli amplificatori operazionali RF, riducendo significativamente il guadagno RF dei loro stadi di ingresso.

La combinazione di queste misure riduce significativamente l'amplificazione intra-loop a frequenze vicine alle frequenze, escludendo l'amplificazione ULF alla frequenza di taglio di transistor potenti, che garantisce elevate caratteristiche di sovraccarico. A frequenze inferiori a 200 kHz, il guadagno è determinato dal rapporto (R3+R4+R5)/(R1+R2) =10.

I transistor VT8, VT9 stabilizzano la corrente di riposo dello stadio di uscita [3] secondo il criterio di stabilizzazione della tensione di polarizzazione alle basi dei transistor di uscita. In caso di sovraccarico di corrente, i transistor VT5 e VT20-VT22 bloccano l'ULF (VT10-VT19) per otto cicli del generatore, realizzati sugli elementi DD1 1-DD1 3 (cioè per circa 30 ms).

Il controllo e la sintonizzazione dell'UMZCH dovrebbero essere effettuati in una banda di 100 MHz. Per fare ciò, è consigliabile aumentare la frequenza di taglio del loop OOS dimezzando la resistenza dei resistori R1 e R4 + R5. Successivamente, spegnendo DA2 (per questo è sufficiente dissaldare una delle conclusioni di R10), nel punto C controllano il declino monotono della sua risposta in frequenza a frequenze superiori a 1 MHz. Se necessario, ridurre il guadagno del canale principale DA1 aumentando la resistenza R9, quindi all'ingresso viene applicato un segnale di impulso "meander" con una frequenza di 250 kHz con un'oscillazione di tensione di 0,5 V. Non ha senso fornire un livello di segnale più alto, poiché la potenza di uscita dell'UMZCH a frequenze superiori a 250 kHz è forte è legata alla potenza dello stadio di uscita del canale di amplificazione principale (VT1, VT2). In questo caso, il segnale predistorto dall'uscita DA1 (punto B) dovrebbe essere considerato il più informativo, che, di fatto, è un segnale moltiplicato amplificato dell'errore dell'anello di inseguimento OOS.

Il segnale nel punto B dovrebbe avere un carattere impulsivo con una forma vicina all'esponente. Con l'impostazione corretta, le pulsazioni dovrebbero essere relativamente brevi, i loro fronti dovrebbero essere ripidi e le diminuzioni dovrebbero essere dolci e lisce. In nessun caso si devono osservare risonanze o rotture sui loro oscillogrammi. I segnali di impulso in diversi punti dell'UMZCH, misurati a una doppia frequenza di taglio, sono mostrati negli oscillogrammi di Fig. 5, quando si lavora su un carico resistivo con una resistenza di 4 ohm - sugli oscillogrammi di fig. 6; quando si lavora su un carico reattivo (condensatore con una capacità di 1 μF) - sugli oscillogrammi di Fig. 7. Di conseguenza, dall'alto verso il basso: uscita DA2 (punto D) con un valore di divisione di 0,2 V, uscita DA1 (punto B) con un valore di divisione di 2 V, uscita UMZCH (punto C) e uscita ULF (punto E) con un valore di divisione di 5 V La velocità di scansione per queste forme d'onda è di 1 µs.

Se necessario, prima di tutto, regolare il guadagno e la correzione dell'ULF (elementi R35, R34, C22, C25), il coefficiente di attenuazione del segnale del dispositivo prioritario (R23, R32, C20, C21) e quindi regolare il dispositivo corrispondente ( C7, C8 e R22, C9 e R27, T1), escluso il processo oscillatorio di stabilire un segnale all'uscita di DA1 (punto B).

Successivamente, collegare e selezionare il resistore R10 in base al criterio dell'ampiezza minima degli impulsi all'uscita di DA2 con un'elevata linearità (uniformità) di quest'ultimo. Successivamente, la denominazione viene scelta del 10 ... 20% in più e saldata sulla scheda.

La corrente di riposo dello stadio di uscita ULF è regolata a un livello di circa 100 mA selezionando il resistore R48, la corrente di blocco ULF (8 A) è R63 e la corrente di riposo del transistor VT1 (200 mA) è R25, rispettivamente. Infine, il funzionamento dell'UMZCH viene verificato per l'assenza di eccitazione ULF quando è sovraccarico con un segnale di ingresso elevato nella banda di 30 ... 300 kHz. L'eccitazione dell'ULF indica le sue proprietà di velocità e sovraccarico molto basse, un grande guadagno su F^, una frequenza di taglio eccessivamente alta del loop NF o una priorità insufficiente del canale principale, che è possibile quando i componenti cambiano. Dopo l'accordatura, viene ripristinata la frequenza di taglio del loop CNF.

Costruzione e dettagli

È il canale principale che determina il tempo di ritardo del circuito di tracciamento OOS, il guadagno alle alte frequenze e, di conseguenza, l'efficacia della soppressione di vari tipi di risonanze e distorsioni parassite. Pertanto, al DA1 vengono imposti i requisiti più severi: deve essere a radiofrequenza, ovvero deve funzionare correttamente con un livello elevato di segnale RF e con un carico standard di 50 ohm. Elevate esigenze sono poste anche sul transistor VT1, che introduce anche un ritardo temporale. Pertanto, deve essere ad alta frequenza (ad esempio, della serie KT922, KT925) e la sua corrente è sufficiente per funzionare con l'amplificatore operazionale DA1. A causa della corrente relativamente piccola VT1 (200 mA), l'impedenza di carico UMZCH a frequenze superiori a 1 MHz deve essere maggiore e la presenza di un filtro (induttore L1) è obbligatoria. Un altro scopo di L1 è bloccare il passaggio delle oscillazioni ad alta frequenza dall'AC all'uscita UMZCH (al punto C) e successivamente al circuito OOS. A causa dell'altissima frequenza di chiusura del loop CNF, la lunghezza fisica del canale di amplificazione principale e del circuito CNF sulla RF dovrebbe essere minima e l'implementazione dovrebbe tenere conto dei requisiti per i dispositivi RF.

I requisiti per l'amplificatore operazionale DA2 sono meno rigorosi, ma va sottolineato che è l'amplificatore operazionale DA2 che è il preamplificatore che determina il livello di rumore, l'interferenza, la precisione dell'OOS, ecc. di conseguenza è obbligato a lavorare in condizioni di "serra". Le condizioni sono le seguenti: la presenza di un resistore di resistenza relativamente elevata nel circuito di ingresso (R7), che elimina il sovraccarico dell'amplificatore operazionale a frequenze vicine alla frequenza Fzam; funzionamento dello stadio di uscita dell'amplificatore operazionale nella modalità a basso segnale di classe A; la presenza di un alimentatore separato o di filtri RC nei circuiti di potenza per ridurre le interferenze. Nella progettazione, è importante avere fili comuni separati: segnale OP1 e circuito di alimentazione OP2.

"La questione della "massa" è molto importante, perché il segnale negli stadi dell'amplificatore è determinato in relazione al filo comune [8]. L'induzione di interferenze a bassa frequenza sulla parte del segnale o sul filo comune del segnale è in realtà identica Pertanto, i circuiti OP1 -OP4 devono essere nello schermo (è anche un filo OP5) e sono necessariamente realizzati con fili separati.Anche la cascata sull'amplificatore operazionale DA2 dovrebbe essere schermata.I resistori R16-R20 forniscono un circuito più corto percorso per correnti ad alta frequenza che aggirano il punto comune di chiusura di tutti gli OP al caso UMZCH.

Elevati requisiti sono posti sulla qualità del condensatore C2, poiché ad esso viene applicata l'intera tensione di uscita ULF. Deve quindi avere un basso assorbimento e una tensione nominale di almeno 250 V (da quelle non carenti - KSO, SGM); condensatore C1 è desiderabile utilizzare lo stesso gruppo. Resistori del circuito di ingresso e OOS (R1-R5) - MLT o OMLT. Condensatori C7-C9 nel dispositivo corrispondente - K73-17 o ceramica con un piccolo TKE.

Va notato che per escludere l'eccitazione, i transistor VT8, VT9 devono essere posizionati in prossimità di VT6, VT7 e VT10-VT13. Quando l'amplificatore è eccitato, si consiglia di raddoppiare le resistenze dei resistori R47-R49 e R51, R53 o applicare una polarizzazione simile a quella utilizzata in [4].

Non ci sono altri requisiti per la base dell'elemento ULF, pertanto è possibile la sua implementazione basata su altri schemi. Tuttavia, la preferenza dovrebbe essere data a circuiti più avanzati (ad esempio, banda larga e multicanale!) e base di elementi, in nessun caso il guadagno dovrebbe essere forzato a causa delle sue caratteristiche di sovraccarico. È consentito aumentare la potenza di uscita dell'UMZCH senza modificare il circuito fino a 120 W utilizzando i transistor KT14, KT9 nella cascata VT8101-VTT8102 e aumentando la corrente del collettore VT1 a 250 mA.

Come accennato in precedenza, l'ULF può essere rimosso dal canale UMZCH principale a una distanza massima di 40 cm (con i valori dei componenti indicati). Per l'autore, con una versione breadboard, la lunghezza dei fili dal resistore R23 e dal trasformatore T1 all'ULF è di 30 cm, viceversa la lunghezza dei conduttori dall'emettitore VT1 a R23 e dagli elementi C7, R22 al trasformatore T1 dovrebbe essere minimo.

Le bobine LI, L2 sono avvolte su un telaio con un diametro di 12 mm e contengono 11 spire di filo SEW con un diametro di 1 mm. Il trasformatore T1 è avvolto sullo stesso telaio. L'avvolgimento primario contiene 30 giri di PEV 0,3, il secondario - 15 PEV 1 mm. Si consiglia di avvolgere l'avvolgimento primario con un doppio filo sul secondario tra le sue spire. È ancora meglio avvolgere il trasformatore con un fascio di 10-12 fili PEV 0,3 ... 0.4 mm, due dei quali, collegati in serie, formano l'avvolgimento primario (30 spire) e i restanti fili collegati in parallelo formano il avvolgimento secondario (15 spire) .

Naturalmente, un UMZCH di alta qualità dovrebbe avere un'indicazione del sovraccarico di corrente e tensione dell'amplificatore, un dispositivo per stabilizzare lo "zero" all'uscita UMZCH, compensazione per la resistenza del filo e protezione dell'altoparlante [4, 8].

In conclusione, l'autore desidera ringraziare A. Sitak (RK9UC) per la sua assistenza nella preparazione di questo articolo.

Letteratura

1. Rosso E. Manuale di riferimento per i circuiti RF. - M.: Mir, 1990.
2. Ricetrasmettitori KB amatoriali Drozdov VV. - M.: Radio e comunicazione, 1988.
3. Akulinichev I. UMZCH con profonda protezione ambientale. - Radio, 1989, n. 10, pag. 56-58.
4. Ageev S. UMZCH superlineare con una profonda protezione ambientale. - Radio, 1999, n. 10, pag. 15-17; N. 11. pag. 13-16.
5. Gumelya E. Semplice UMZCH di alta qualità. - Radio, 1989, n. 1, pag. 44-48.
6. Ageev A. UMZCH con piccole distorsioni non lineari. - Radio, 1987, n. 2, p. 26-29.
7. Vitushkin A., Telesnin V. Stabilità dell'amplificatore e suono naturale. - Radio, 1980, n. 7. p. 36, 37.
8. Sukhov N. UMZCH alta fedeltà. - Radio, 1989, n. 6, pag. 55-57; n. 7, pag. 57-61.
9. Gutnikov VS Elettronica integrata nei dispositivi di misura. - M.: Energoatomizdat, 1988.
10. Danilov A. Potente amplificatore CC su larga scala. - Dispositivi e tecnica sperimentale, 1988, n. 6, p. 105-108.

Autore: A.Litavrin, Berezovsky, regione di Kemerovo

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