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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK UMZCH ohne allgemeines Feedback. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Transistor-Leistungsverstärker Der vorgeschlagene UMZCH wird ohne allgemeines Feedback erstellt. Beim Vergleich der Abhörmethode und der Qualität verschiedener UMZCH-Transistoren mit OOS musste ich immer wieder darüber nachdenken, wie ich ihre Fähigkeit, ein völlig Bühnenbild zu übertragen, verbessern und die Lokalisierung von Quellen natürlicher gestalten kann. Das Ergebnis der Suche in dieser Richtung waren die UMZCH-Schaltungslösungen, bei denen es entweder keinen Umweltschutz gibt oder dieser lokal ist. Meiner Meinung nach gibt es zwei Hauptgründe für die Verletzung der Natürlichkeit des musikalischen Bildes. Erstens ist dies die Einführung von Phasenverzerrungen in das Signal und die Erweiterung des Verzerrungsspektrums im UMZCH von 00 ° C – um den Klang heller oder weicher zu übertragen, ist das Gleichgewicht zwischen den Harmonischen wichtig. Zweitens wird die Steuerung der Spannung des dem Lautsprecher zugeführten Signals als „Gewalt“ am Lautsprechersystem dargestellt. Tatsächlich wird der Ton bei der Aufnahme von Tonträgern zunächst als Druckniveau wahrgenommen, d.h. als Potenz in seiner Integralrechnung. Und dementsprechend muss der Verstärker beim Abspielen von Tonträgern die Signalleistung übertragen und nicht nur die Momentanwerte von Strom oder Spannung. Unter dieser Voraussetzung wird weniger Verzerrung in das Ausgangssignal eingebracht, was sich sehr günstig auf die Genauigkeit der Übertragung des Bühnenbildes auswirkt. Ich habe vor fünf Jahren aufgehört, die technischen Parameter meines UMZCH zu messen, weil beim wiederholten Hören maßgeschneiderter Verstärker niemand dem einen oder anderen technischen Parameter den Vorzug gegeben hat. Das Hauptkriterium ist eine subjektive Beurteilung der Eigenschaften jedes Verstärkers, und die Tatsache, dass sich Verstärker nach diesem Kriterium erheblich unterscheiden können, ist vielleicht jedem bekannt! Unter Berücksichtigung subjektiver Einschätzungen der Eigenschaften des UMZCH wird die vorgeschlagene Option also ein hervorragender Ersatz für viele Industrieverstärker sein. Die Wiederholbarkeit des Designs wurde an vier Mustern eines ähnlichen Stereoverstärkers getestet. Haupttechnische Parameter
Die maximale Leistung an einer 4-Ohm-Last wird durch die Stromschutzvorrichtung begrenzt. Zum Kontrollhören mit diesem Verstärker kamen ein DENON DVD 700 CD-Player und ein Monitor Audio Silver 81 Lautsprechersystem zum Einsatz, im Kontrollweg kam ein ARCAM „Diva A-75S“ Verstärker zum Einsatz. Beim Abspielen des Soundtracks der CD „Dark Side of the Moon“ (Pink Floyd) erhob sich der Phantomhelikopter einen Meter über die Lautsprecheranlage und flog darüber hinweg, und nicht von einem Lautsprecher zum anderen, wie es bei den meisten Verstärkern üblich ist . Auch Bühnen- und Musikbilder von Live-Aufnahmen werden ganz natürlich übertragen.
Über die Verstärkerschaltung Das Diagramm eines UMZCH-Kanals ist in Abb. dargestellt. 1. Eingangsstufe - Differential an den Transistoren VT1, VT5 und VT2, VT6 mit stabilen Stromquellen an VT3, VT4. Daran schließt sich ein Spannungsverstärker mit den Transistoren VT7, VT9, VT11 und VT8, VT10, VT12 an, dessen Besonderheit darin besteht, dass die Transistoren aufgrund der Dioden VD3, VD4 bei der maximalen Amplitude der Ausgangsspannung nicht in Sättigung gehen. Im Amplitudenbegrenzungsmodus für die Ausgangssignalspannung ist der Basisstrom der Spannungsverstärkertransistoren VT7, VT9, VT11 und VT8, VT10, VT12 begrenzt und sie arbeiten in einem Modus, der den Sättigungsmodus ausschließt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Begrenzung des Ausgangssignals durch die Versorgungsspannung verzögerungsfrei auftritt. Die Transistoren sind parallel geschaltet, um den Gate-Treiberstrom der Ausgangstransistoren zu erhöhen. Dadurch war es möglich, am UMZCH-Ausgang bei einer Last von 8 Ohm die maximale Amplitude zu erhalten, die 30 V eff entspricht. unverzerrtes Sinussignal bis 200 kHz (maximale Generatorfrequenz). Vom Ausgang des Spannungsverstärkers über den R15R17R18-Teiler wirkt ein Rückkopplungssignal. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, enthält der Verstärker keine Korrekturkondensatoren. Dies wurde möglich, weil die Endstufe von der Rückkopplungsschleife ausgeschlossen wurde und die Stabilität des Verstärkers dramatisch zugenommen hat. Die Ausgangsstufe ist ein Spannungsfolger, der auf komplementären Feldeffekttransistoren von HITACHI basiert. Es verfügt über die gleiche Ausgangsimpedanz und symmetrische harmonische Verzerrung für das positive und negative Signal. Die meisten Komplementärtransistoren unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht, einschließlich dynamischer Parameter. Daher kommt es bei Verstärkern ohne gemeinsame Rückkopplung insbesondere bei hohen Frequenzen zu einer ausgeprägten Asymmetrie der Nichtlinearität; im niedrigsten Fall ist es mit unterschiedlichen thermodynamischen Eigenschaften von Transistoren verbunden. Im Gegensatz dazu hat ein Single-Ended-Verstärker in beiden Teilen des Amplitudengangs (negative und positive Signalspannung) ein nahezu gleiches harmonisches Spektrum, obwohl dieser Parameter rechnerisch oft über 1 % liegt – und trotzdem gut klingt! In diesem Verstärker habe ich eine Schaltungsentwurfslösung angewendet, bei der zwei Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeit mit demselben Drain-Strom jederzeit in einer Gegentakt-Ausgangsstufe arbeiten. Dadurch war es möglich, die Spektren der Oberwellen für Signale in unterschiedlichen Teilen der Amplitudenkennlinie zusammenzuführen, und zwar ohne eine Kaskadenbrückenschaltung. Etwas mehr über implizite subjektive Präferenzen. Ein Verstärker mit einem gemeinsamen OOS nimmt reaktive Laststörungen sowie externe akustische Effekte auf das bewegliche System des Lautsprecherkopfes wahr und steuert so die Ausgangsspannung. In der Praxis äußert sich die Klangwiedergabe mit einem solchen Verstärker oft durch den „leeren“ Raum der Klangbühne zwischen den Lautsprechern und deren Mitte. Es wurde ein einfaches Experiment durchgeführt. Widerstände mit einem Widerstandswert von etwa der Hälfte ihrer Impedanz wurden mit den Wechselstromlautsprechern in Reihe geschaltet und anschließend mit einem Verstärker mit einem allgemeinen OOS der Tonträger angehört, bei denen „Einbrüche“ in der Klangbühne am deutlichsten zum Ausdruck kommen. Das Hörergebnis bestätigte die Vermutung: Ein solcher Effekt macht sich bei einem Verstärker mit gemeinsamer Rückkopplung ohne zusätzliche Widerstände deutlich deutlicher bemerkbar. Die vorgeschlagene Endstufe bietet einen niedrigen Dämpfungsfaktor Kд=Rн/RO, hier beträgt die Ausgangsimpedanz 2 Ohm. Möglich wurde dies durch die Reihenschaltung der Transistoren der Ausgangsstufe, wodurch sich die Steilheit des äquivalenten leistungsstarken Transistors um die Hälfte verringerte. Eine solche Ausgangsimpedanz ermöglichte in Ermangelung eines gemeinsamen OOS eine bessere Lokalisierung virtueller Schallquellen, und dafür ist es notwendig, die Phase des Signals so korrekt wie möglich zu übertragen. In diesem Fall ist die Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangssignals wichtig. Basierend auf der Messung realer Parameter hochfrequenter dynamischer Köpfe wurden folgende Ergebnisse erzielt: Rк\u4.5d 12.2-XNUMX Ohm; Lk=0.16-0.33 mH. Für den höchsten Frequenzkopf entsprechen bestimmte Werte der Zeitkonstante t=Lk/Rk\u0.00027d 12.2 H / 0.000022 Ohm \uXNUMXd XNUMX s, und die Grenzfrequenz eines solchen Wandlers beträgt fvgl=ω/2π=7191 Hz. Oberhalb dieser Frequenz fungiert der dynamische Kopf als Tiefpassfilter und führt zu spürbaren Phasenverzerrungen im übertragenen Signal. Besonderes Augenmerk legen Lautsprecherentwickler auf die Auswahl dynamischer Köpfe und Filter mit gleichen Parametern. Damit der Verstärker die Frequenzeigenschaften des Schallwiedergabepfades nicht wesentlich beeinflusst, muss seine maximale Betriebsfrequenz die Grenzfrequenz des HF-Kopfes um eine Größenordnung – in diesem Fall 71910 Hz – und die Anstiegsgeschwindigkeit überschreiten Rate SR = 29,3 V/μs bei 65 V. Berechnen wir die erforderliche maximale Ausgangsanstiegsgeschwindigkeit für die Verstärkeroption mit maximaler Ausgangsspannung von 65 V und maximaler Betriebsfrequenz von 24100 Hz (Tiefpass-Grenzfrequenz von Audio-CD-Playern mit DAC ohne Upsampling). ): SR'=2πfmaxUBelastung= 2 * 3.14 * 24100 * 65 = 9.8 V/µs. Der Verstärker liefert eine Ausgangssignal-Anstiegsgeschwindigkeit von mindestens SR=2*3.14*200000*(30*1.41)=53 V/µs. Somit ist der Verstärker in der Lage, mit Lautsprechern zu arbeiten, die über einen erweiterten Frequenzgang (über 20 kHz) verfügen. Die hohe Temperaturstabilität der Endstufe erfordert keine Maßnahmen zur zusätzlichen Stabilisierung des Ruhestroms; bei aktiver Last ist ihr Frequenzgang bis 200 kHz linear. Das Schema des AC-Schutzknotens ist klassisch und vielfach bewährt. Beim Anlegen der Spannung erfolgt eine Verzögerung für das Zuschalten der Last um 10 s (kann durch Auswahl der Widerstände R32, R33 geändert werden). Liegt am Verstärkerausgang ein Konstantanteil von mehr als ±0,6 V an, wird die Last durch Öffnen der Relaiskontakte abgeschaltet. Wenn der Strom ausgeschaltet wird, wird die Klimaanlage innerhalb von 0,2 s ausgeschaltet. Der Schutz vor Stromüberlastungen im Verstärker basiert auf der Begrenzung des Drainstroms leistungsstarker Transistoren durch Begrenzung der Spannung an den Gates mit Zenerdioden und Dioden VD13, VD14 und VD15, VD16; Daher überschreitet der maximale Strom durch die Ausgangstransistoren 7 A nicht. Es ist zu beachten, dass diese Elemente bei Frequenzen über 100 kHz zu Verzerrungen führen können, daher wird nicht empfohlen, sie unnötig zu installieren. Die Beschreibung der Transistoren weist auf das Vorhandensein einer eingebauten Zwei-Anoden-Zenerdiode im Gate-Source-Kreis bei 15 V hin, wodurch Sie das Gate vor einem Durchbruch bei höheren Amplituden der Steuerspannung schützen können. Verstärkung der Leerlaufspannung des Verstärkers Ku=1+(R17/2R15)=51(34 дБ).
(zum Vergrößern klicken) Verstärkerdesign Strukturell ist der Verstärker auf einer Leiterplatte mit den Maßen 160x100 mm aufgebaut. PCB-Zeichnungen und Komponentenpositionen sind in dargestellt Abb. 2. Die Platine enthält alle Elemente des Verstärkers und des Gleichrichters der Stromversorgung. Daran sind die Leitungen der Leistungs- und Lastkreise sowie der Eingangskreis angeschlossen. Die Transistoren werden direkt durch die Platine gegen den Kühlkörper gedrückt. Diese Lösung verwende ich seit mehr als 10 Jahren in meinen Entwürfen. Dadurch können Sie die gesamte Kommunikation auf ein Minimum beschränken. Als Kühlkörper wird jede ebene Metalloberfläche verwendet, beispielsweise Gehäuse; Auch die Platzierung und Befestigung der Platine selbst ist nicht schwierig. Es ist zu beachten, dass die gemeinsame Leitung des Eingangskreises auf der Platine nicht mit der gemeinsamen Leitung der Stromversorgung verbunden ist. Dies geschieht, um die gemeinsamen Leitungen der entsprechenden Stromkreise an einem gemeinsamen Punkt (Stern) eines Mehrkanalsystems verbinden zu können und so den Störpegel zu reduzieren. Wenn dies nicht erforderlich ist, kann eine schwebende Brücke zwischen dem Ausgangspunkt für den Kontakt X2 und dem angrenzenden Leiter des gemeinsamen Kabels angebracht werden. Der Vorverstärker wird von einer separaten Quelle mit einer Spannung versorgt, die die Versorgungsspannung der Endstufe um 10 ... 25 V übersteigt. Dies sorgt für eine vollständigere Nutzung der Spannung und verhindert das Eindringen des Ausgangssignals in andere Stufen entlang der Stromkreise. In der Ausgangsstufe können Sie jeweils einen Transistor belassen, dann beträgt die Ausgangsimpedanz des Verstärkers 1 Ohm, während Sie entweder die Anzahl der Dioden im Vorspannungskreis auf drei oder vier reduzieren oder zwei Transistoren parallel schalten sollten zum Arm - dann beträgt die Ausgangsimpedanz des Verstärkers 0,5 Ohm und der maximale Ausgangsstrom erhöht sich auf 14 A. Auch in diesem Fall sollte die Anzahl der Dioden im Vorspannungskreis auf drei oder vier reduziert werden. Für den Fall der Parallel- oder Reihenschaltung von Ausgangstransistoren sind auf der Platine von der Montageseite her Steckplätze für Brücken vorhanden, diese werden einfach durch Löten entsprechend dem gewählten Anschlussschema geschlossen. Die Versorgungsspannung der Endstufe für den Betrieb an einer Last von 8 Ohm beträgt nicht mehr als 2x70 V bei einer Lastleistung von bis zu 190 W; für 4 Ohm - 2x40 V bei Leistung bis 100 Watt. Wenn zwei Transistoren im Arm parallel geschaltet sind, erreicht die Leistung bei einer Last von 4 Ohm 350 W bei einer Versorgungsspannung von 2x65 V. Die Maximalwerte der Wechselspannung aus den Wicklungen des Netztransformators sind angegeben im Diagramm entsprechen Spannungen von 2x40 V zur Versorgung der Ausgangsstufe und etwas weniger als 2x70 V - für die Vorstufen. Bei Reihenschaltung von Feldeffekttransistoren war das subjektive Hörergebnis am günstigsten und es zeigte sich, dass der Klangcharakter Röhrenverstärker-typische Merkmale aufwies. Die Parallelschaltung von Leistungstransistoren ist besonders nützlich bei einem Subwoofer-Verstärker mit geschlossenem Lautsprecher mit geringer Verzögerungszeit – der Klang eines solchen Subwoofers ergänzt die Klangbühne hervorragend. Ich habe in meinen Autoverstärkern nur einen Transistor pro Arm verwendet; Ihre hohe Qualität ermöglichte es ihnen, beim Car-Audio-Wettbewerb 1992 vier Preise (zwei davon den ersten) zu gewinnen. Nach dem Zusammenbau der Platine sollten Sie den Ruhestrom der Ausgangsstufe durch einen Satz der erforderlichen Diodenanzahl in der VD5-VD12-Schaltung einstellen. Dazu genügt die Stromversorgung der Vor- und Endstufe. Die Endstufentransistoren sollten durch wärmeleitendes elektrisches Isoliermaterial an den Kühlkörper gedrückt werden. Für die einfache und parallele Stufe können zwei Dioden im Vorspannungskreis verbleiben, für die Reihenschaltung vier. Anschließend wird durch Erhöhen ihrer Anzahl der gewählte Ruhestrom eingestellt. Um die Nuancen der Wiedergabe darzustellen, empfehle ich die Wahl eines Ruhestroms im Bereich von 200 ... 500 mA, dieser hängt von der Fläche des verwendeten Kühlkörpers und der Effizienz seiner Kühlung ab. Es sind keine zusätzlichen Maßnahmen zur Stabilisierung des Ruhestroms erforderlich. Der Totpunkt der Temperaturänderung des Kristalls liegt bei einem Ruhestrom von etwa 100 mA und einer Gate-Source-Spannung von 0,6 V. Nach dem Einstellen des Ruhestroms ist es notwendig, die Gleichspannung am Ausgang des zu minimieren Verstärker. Da im Rückkopplungskreis kein Kondensator vorhanden ist, ist die Verstärkung für Wechsel- und Gleichspannung gleich. Die Folge davon kann eine kleine Gleichspannung am Ausgang des Verstärkers sein. Die Praxis hat gezeigt, dass am Ausgang eines solchen Verstärkers nur eine positive Spannung von bis zu 1,5 V anliegt. Um den Modus anzupassen, schalten Sie die Sicherungen im Stromversorgungskreis der Endstufe aus und schalten Sie den Vorverstärker ein. Die Kaskade wird ausgeglichen, indem der Verbindungspunkt des oberen Widerstands R17 entsprechend der Ausgangsschaltung mit den Dioden VD5-VD12 der Vorspannungsschaltung gewählt wird: Je niedriger der Diodenbrückenpunkt entsprechend der Schaltung gewählt wird, desto größer ist die Kompensation der Konstante Komponente. Durch Messen der Spannung an den Kollektoren der Transistoren VT11 und VT12 mit einem Multimeter relativ zum gemeinsamen Draht erreichen sie ihre absolute Wertgleichheit. Für eine solche Einstellung sieht die Platine die Installation von Floating-Jumpern vor, wenn die ausgewählten Leiter mit einem Tropfen Lot im gewünschten Stromkreis verschlossen werden (dies ist nur möglich, wenn die Platine vom Kühlkörper entfernt wird). Der R17-Widerstand kann aber auch von der Seite der Teile direkt an den Ausgang einer der Dioden angelötet werden, ohne die Platine vom Kühlkörper zu entfernen, und der Ruhestrom kann durch Verschließen der Dioden auf der Platine mit Drahtstücken eingestellt werden von der Seite der Elemente. Damit ist die Verstärkeranpassung abgeschlossen. Am Eingang des Verstärkers können Sie einen 16 μF-Trennkondensator C1 (nur auf der Platine dargestellt) installieren, beispielsweise die Gruppe K73-17, dies ist jedoch in stationären Musikcentern normalerweise nicht erforderlich. Das auf der Leiterplatte verbaute Relais ist WJ113A, WJ113-2C für eine Spannung von 12 oder 24 V oder eine andere ähnliche Bauform für einen Strom von mindestens 16 A, beispielsweise von TTI. Dioden im Vorspannungskreis können auf jede beliebige Hochfrequenz eingestellt werden. Es sind auch inländische Zenerdioden anwendbar, zum Beispiel KS215Zh, KS218Zh, KS515G, KS509A-KS509V. Alle im Verstärker verwendeten Teile (mit Ausnahme der Ausgangstransistoren) sind in vielen Unternehmen, die Funkkomponenten verkaufen, frei erhältlich. Dokumentationen für Ausgangstransistoren im PDF-Format finden Sie problemlos im Internet auf den Websites inländischer Unternehmen, die Funkkomponenten verkaufen. Autor: A. Grigoriev, Tomsk. Radio Nr. 1, 2007; Veröffentlichung: cxem.net
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