Miglioramento dei parametri dell'amplificatore sul chip K174UN7. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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

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La gamma in continua espansione di microcircuiti specializzati, sembrerebbe, dovrebbe limitare la creatività dei radioamatori. In effetti, tali microcircuiti sono solitamente orientati dai loro sviluppatori a risolvere un compito specifico in apparecchiature elettroniche o, nella migliore delle ipotesi, una gamma ristretta di compiti. Ecco perché i radioamatori e i progettisti radiofonici sembrano essere lasciati solo con "giochi di cubi" creativi: combinare nodi su microcircuiti assemblati secondo schemi di commutazione tipici.

Tuttavia, lo spirito della rubrica "Il radioamatore fa un esperimento", apparsa più o meno regolarmente sulle pagine della nostra rivista, non muore nel cuore dei nostri lettori. La prova di ciò è l'articolo pubblicato qui da V. Gromov e A. Radomsky, a cui, a nostro avviso, dovrebbe prestare attenzione non solo i radioamatori, ma anche i professionisti, sia sviluppatori di apparecchiature che creatori di microcircuiti. Stiamo aspettando le loro risposte a quella pubblicazione: dopotutto, il chip K174UN7 è ampiamente utilizzato nelle apparecchiature radio domestiche.

Bene, facciamo appello a tutti i lettori con una proposta: condurre esperimenti sia sul miglioramento dei circuiti di commutazione tipici per circuiti integrati specializzati, sia sul loro utilizzo in circuiti di commutazione non standard (implementazione di nuove funzioni, ecc.). Tuttavia, dopo aver ricevuto un interessante effetto positivo, non affrettarti a scrivere all'editore: verifica la sua riproducibilità su diverse copie di microcircuiti.

Attualmente, gli amplificatori di potenza a frequenza audio (UMZCH) di apparecchiature radio di piccole dimensioni sono spesso costruiti sulla base di un circuito integrato specializzato (IC) K174UN7 [1]. Tuttavia, la sua applicazione, senza dubbio, sarebbe ancora più ampia se non fosse per grandi distorsioni non lineari (in una connessione tipica - fino al 10% con una potenza di uscita di 4,5 W ad una frequenza di 1 kHz e una tensione di alimentazione di 15 V) e in alcuni casi non sufficientemente alta impedenza di ingresso (50 kOhm). Non sorprende, quindi, che i radioamatori stiano cercando modi per ridurre le distorsioni non lineari, suggerendo, ad esempio, di sostituire il circuito di boost di tensione con uno stabilizzatore di corrente basato su un transistor ad effetto di campo [2]. Purtroppo la verifica delle raccomandazioni proposte in [2] ha mostrato che la loro attuazione non porta tanto ad una riduzione della distorsione quanto ad una diminuzione della potenza massima erogata al carico.

Durante il test di diverse copie del circuito integrato K 174UN7, si è scoperto che le distorsioni più caratteristiche della sua tensione di uscita si manifestano nell'"arrotondamento" o nella limitazione esplicita del semiciclo negativo del segnale. A questo proposito, l'efficacia di una misura come la regolazione della modalità IC per la corrente continua utilizzata in alcuni dispositivi industriali applicando tensione alla sua uscita 7 (attraverso un resistore con una resistenza di 3 ... 6,8 kOhm) da un regolabile divisore è stato testato. Il test ha mostrato che anche questa misura praticamente non riduce il coefficiente armonico e non aumenta la tensione di uscita non distorta, ma consente solo di limitarla simmetricamente.

La variante UMZCH, assemblata secondo lo schema di Fig. 1 ha caratteristiche significativamente migliori di quella tipica sull'IC indicato. Una delle sue differenze rispetto a quella tipica è un OOS aggiuntivo attraverso il resistore R6.

Collegando quest'ultimo direttamente alla testa dell'altoparlante si riduce la risposta in frequenza irregolare e la distorsione non lineare dovuta alla presenza del condensatore C9. Con la resistenza del resistore R6 indicata nel diagramma, la tensione di alimentazione è di 15 V e la potenza di uscita è di 4 W (a un carico con una resistenza di 4 ohm), la tensione di ingresso nominale del dispositivo è di 120 mV.

Inoltre, per ridurre il numero di valori nominali, la capacità del condensatore di ossido C3 nel circuito OOS è ridotta a 100 μF (la risposta in frequenza irregolare nell'intervallo di frequenza di 40 ... 20 Hz non supera 000 dB).

La principale differenza tra questo UMZCH è nella resistenza del resistore R2 (in una tipica connessione IC è 47 kOhm). Durante gli esperimenti, è stato notato che questo resistore ha un effetto molto significativo sulla distorsione e selezionandolo è possibile aumentare notevolmente la tensione di uscita dell'UMZCH. (Dei dieci circuiti integrati testati, solo due non richiedevano la selezione del resistore R2, ovvero la modifica della sua resistenza rispetto a quella tipica; la resistenza dei resistori per il resto dei circuiti integrati variava entro 0,1 ... 1 MΩ) .

Sulla fig. La figura 2 mostra la dipendenza della potenza massima di uscita Pmax e del coefficiente armonico Kg dalla tensione di alimentazione Upit (le distorsioni sono state misurate a Pmax corrispondente alla tensione data Upit). I parametri sono stati valutati ad una frequenza di 1 kHz con due valori della resistenza del resistore R2: tipico (47 kOhm) e ottimizzato per la massima potenza (750 kOhm). La potenza Pmax era determinata dalla massima tensione di uscita, sull'oscillogramma di cui le distorsioni non erano ancora visibili ad occhio (quali fossero queste distorsioni in realtà sono mostrate dalle curve Kg).

Fig. 2

Come si può vedere dalla figura. 2, a Upit = 15 V, selezionando la resistenza R2, è stato possibile aumentare Pmax di 1,5 W riducendo il coefficiente armonico di quasi 3,5 volte, e a Upit = 18 V - di circa 3 W con una diminuzione di K, . quasi tre volte. (Ovviamente, a parità di distorsioni, il guadagno in potenza Pmax sarebbe ancora maggiore). Il risultato ottenuto parla da sé, dato che l'IC testato era abbastanza condizionato: a Upit = 15 V, R2 = 47 kOhm e potenza di uscita Pout = 4,5 W, il suo coefficiente armonico non superava il 7,2% (dopo aver selezionato la resistenza R2 diminuiva all'1,1%.

Anche le dipendenze Pmax (Upit) e Kg (Upit) dell'UMZCH con la resistenza ottimizzata del resistore R2 (750 kOhm) sono state prese a frequenze di 60 Hz e 5 kHz (Fig. 3). La diminuzione di Pmax alle frequenze più basse è dovuta all'influenza della capacità del condensatore C9 (1000 μF). Con una resistenza di carico Rn \u4d 2000 Ohm, è auspicabile aumentare la sua capacità ad almeno XNUMX microfarad.

Fig. 3

Le curve rappresentate nelle Figg. 4, illustrare la dipendenza del rendimento e della corrente di riposo I® dalla tensione di alimentazione Upit per le stesse due resistenze del resistore R2. È facile vedere che con R2 = 750 kOhm, aumenta anche l'efficienza e si ottiene un guadagno tangibile a Upit> 10 V.

Fig. 4

Per identificare la reale dipendenza del coefficiente armonico Kg dal livello di potenza in uscita Pout, è stata testata una copia IC con parametri medi a Upit=15 V, Rn=4 Ohm, C9=4000 μF e R2=R2opt=510 kΩ (Fig. 5). Come si può vedere, a Рout=4 W, il coefficiente armonico dell'UMZCH assemblato su questa copia IC secondo il diagramma di Fig. 1, nella gamma di frequenza di 60 ... 10 Hz non supera il 000%.

Fig. 5

L'impedenza di ingresso dell'IC K174UN7 stesso è stata calcolata dai risultati della misurazione dell'impedenza di ingresso dell'UMZCH (con il controllo del volume disattivato), eseguita su una copia per la quale R2opt = 750 kOhm. Si è scoperto che nella gamma di frequenza di 50 ... 15 Hz, la resistenza di ingresso dell'IC supera i 000 MΩ. In altre parole, la resistenza di ingresso dell'UMZCH è praticamente uguale alla resistenza del resistore R30 e, se necessario, può essere molto superiore a 2 kOhm.

Quando si progetta un UMZCH stereo, può accadere che le resistenze ottimali dei resistori R2 nei canali sinistro e destro risultino diverse. Per ottenere risposte in frequenza identiche, la resistenza di uscita dello stadio precedente in questo caso dovrebbe essere inferiore alla resistenza del resistore R2 e la capacità del condensatore di isolamento C2 dovrebbe essere tale che nel canale con una resistenza inferiore del resistore ci sia non si nota un calo evidente della risposta in frequenza alle frequenze più basse (nella maggior parte dei casi è sufficiente assumere C2 == 0,47 ... 1 uF).

UMZCH funziona bene se alimentato da una fonte non stabilizzata, tuttavia, se l'importante è ottenere la massima potenza di uscita e, di conseguenza, una distorsione minima in media, è necessario utilizzare uno stabilizzatore con una tensione di uscita di 17 ... 18 V .

Va notato che quando si lavora con una potenza di uscita maggiore (fino a 5 ... 6 W), è necessario garantire una buona dissipazione del calore dall'IC, adottando in tali casi le misure necessarie per ridurre la resistenza termica tra le sue piastre e il dissipatore di calore. È molto prezioso che poiché il potenziale delle piastre IC (rispetto al filo comune) è prossimo allo 0, come un comune dissipatore senza pastiglie isolanti, si possa utilizzare un telaio metallico o altre parti metalliche della struttura collegate al comune (negativo) e forniscono un'efficace dissipazione del calore.

Letteratura

1. Circuiti integrati: un manuale di B.V. Tarabrin, L.F. Lunin, Yu. I. Smirnov e altri; ed. B.V. Tarabrina.- M.: Radio e comunicazione, 1983.
2. Filin S. Riduzione della distorsione negli amplificatori di potenza basati su circuiti integrati - Radio, 1981, No. 12, p. 40.

Autori: V. Gromov, A. Radomskin, Leopoli; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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