Transistor UMZCH. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Transistor-Leistungsverstärker

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Üblicherweise wird in Anbetracht des Betriebs des UMZCH davon ausgegangen, dass seine Last rein aktiv ist. Ein Lautsprecher ist jedoch, selbst mit Glättungsfiltern, eine komplexe komplexe Last. Beim Betrieb an einer komplexen Last führt die resultierende Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom am Ausgang des Verstärkers dazu, dass bei sinusförmigen Eingangssignalen die Lastgeraden in eine Ellipse übergeht. Die Lage des Arbeitspunktes (Lastkurve) für die Blindlast an den Ausgangskennlinien der Triode und des Transistors bei der Verstärkung eines harmonischen Signals ist in Abb. 1 dargestellt. 2 bzw. XNUMX.

Wie aus Abb. 1 sind die Ausgangseigenschaften einer Triode nahezu ideal für eine komplexe Last wie AC. Ein günstiger Obertonbereich (nicht höher als die Quinte) und eine hohe Linearität bestimmen maßgeblich die „Weichheit“ des Klangs von Röhrenverstärkern. Gleichzeitig ist ein Single-Ended-Transistorverstärker für die Arbeit mit einem Lautsprecher völlig ungeeignet, weil. die Belastungslinie geht einerseits in den Bereich der Begrenzung der zulässigen Verlustleistung am Kollektor (schraffierter Bereich, oberhalb der Hyperbel), andererseits in nichtlineare Bereiche bei kleinem Uke.

Die Quergröße der Ellipse der Lastkurve hängt von der induktiven Komponente der Last und die Längsgröße von der aktiven ab. Bei der Verstärkung von Impulssignalen, beispielsweise vom Typ "Mäander", ist die Belastungslinie ein Parallelogramm [1], was die Situation weiter verschlimmert. Die Amplitude des Spannungssprungs im Schaltmoment (durch Selbstinduktion EMK) hängt vom Verhältnis der Signalzeitkonstante To zur Lastzeitkonstante T=L/R ab. Bei t>To werden, um die Möglichkeit eines Durchbruchs der Ausgangstransistoren (z. B. bei Klasse-D-Verstärkern mit PWM) auszuschließen, in Sperrrichtung geschaltete Dioden parallel zu den Ausgangstransistoren installiert.

Auf Abb. 3 zeigt die Lastkennlinien einer Gegentakt-Ausgangsstufe eines Transistors UMZCH über eine Schar von Ausgangsstrom-Spannungskennlinien mit einer rein ohmschen Last (direkt) und mit einer komplexen Last (Ellipse) innerhalb des sicheren Betriebsbereichs (OBR). Gleichstromtransistoren.

Dabei steigt die maximale Verlustleistung für jeden Transistor des Endstufenzweiges proportional zur Phasenverschiebung <p des Lastvektors (Bild 4). Der typische Wert der Phasenverschiebung liegt meist im Bereich von 25...60°, erreicht aber in seltenen Fällen 80°.

Da die Impedanz des akustischen Systems (AS) induktiv ist, deren Vektor Z1 = RL + ZL eine Richtung hat, die der Richtung des kapazitiven Lastvektors entgegengesetzt ist (Bild 4), kann ein RC-Glied (Buchet Kompensator) mit einer Impedanz Z2=R+Zc, der die induktive Komponente der Last kompensiert. Dadurch wird die Lautsprecherimpedanz rein aktiv und frequenzunabhängig.

Vergütungsbedingungen [1]:

wobei RL dem aktiven Widerstand des Lautsprechers entspricht (4...10 Ohm); C \u0,1d XNUMX uF.

Die Impulsnatur eines realen Tonsignals und die komplexe Natur der Lautsprecherimpedanz führen dazu, dass der Scheitelwert des Ausgangsstroms 5...8 mal höher ist als der maximale Amplitudenwert Im, was dem Betrieb an aktiver Last entspricht .

So kann beispielsweise bei einer Ausgangsleistung von 60 W und einem Lastwiderstand von 4 Ohm der Spitzenstromwert am Ausgang bei einer ohmschen Last 5,5 A und bei einer komplexen Last 33 A betragen. Dies zeigt, wie wichtig es ist, die richtige kompensierende RC-Kette zu wählen und über eine ausreichende Reserve an UMZCH-Leistung zu verfügen.

Auf Abb. 5 zeigt ein Diagramm des Betriebs von Anschlusstransistoren im AB-Modus, wobei Uo1, Uo2 ihre anfängliche Vorspannung sind; lo1, lo2 - Ruhestrom.

Bei absoluter Symmetrie der Kaskade ist die Gesamtkennlinie eine Gerade, ansonsten gibt es einen Knick in die eine oder andere Richtung [‡].

Der Klang von Röhrengeräten wird oft mit Beinamen wie „samtig“, „weich“, „warm“, natürlich etc. Was löste es aus? Zunächst einmal die Tatsache, dass bei Lampen der Verzerrungsgrad mit zunehmendem Signal langsam ansteigt und Werte von mehreren Prozent erreicht. Eine solche Abhängigkeit wird "monotone Verzerrung" genannt. Darüber hinaus fehlen Obertöne über der Terz praktisch. Nicht umsonst werden Verstärker der Hi-Fi-Klasse (High Fidelity - "High Fidelity") hauptsächlich durch Röhrenverstärker der Hi-End-Klasse (High End - "High Total", "Highest") mit einer nichtlinearen Verzerrung ersetzt Faktor von bis zu 1 %.

Bei Transistorverstärkern sind die Verzerrungen nur im Arbeitsbereich gering und nehmen beim Überschreiten seiner Grenzen stark zu. Ein charakteristisches Merkmal der allermeisten Transistorverstärker ist eine deutliche Begrenzung des Ausgangssignals bei Spannungsüberlastung durch Sättigung der Transistoren der Vorendstufe (Verstärker mit OE oder OB und dessen Laststromgenerator, Abb. 6). Diese Begrenzung ist nicht immer symmetrisch, was zu einem starken Anstieg der höheren harmonischen Anteile (bis zu 10 % oder mehr) und einem harten, "metallischen" Klang führt. Wie Sie wissen, enthält „Mäander“ etwa 30 % ungeradzahlige Harmonische. Gleichzeitig werden Nutzinformationen an den Spitzen des Signals für die Dauer der Übersteuerung vollständig durch reine Verzerrungsprodukte ersetzt. In diesem Sinne ist eine separate, zwei- oder dreibandige Signalverstärkung durchaus gerechtfertigt. Da der Pegel der hochfrequenten Komponenten um 10 ... 15 dB niedriger ist, erfolgt keine Komprimierung und ein vollständiges Verschwinden.

Um diese Art von Verzerrungen zu reduzieren, wird ein Amplitudenbegrenzer (Limiter) direkt am Eingang eines herkömmlichen UMZCH installiert.

Bei einem Multiband-UMZCH wird der Limiter nicht am gemeinsamen Eingang installiert, sondern nur am Eingang des Bassverstärkers. Außerdem muss bei Verstärkern mit unstabilisierter Stromversorgung die mögliche Reduzierung der Netzspannung berücksichtigt werden.

Eine mögliche Möglichkeit zur klanglichen Verbesserung eines Einkanalverstärkers mit Limiter und separaten aktiven Klangregelungen zeigt das Blockschaltbild (Bild 7). Bei dieser Option wird beim Einstellen des Limiters ein Spielraum für die Überlastfähigkeit des Verstärkers für die mittleren und hohen Frequenzanteile gelassen.

Die Amplitudenmodulation von Frequenzen in der Nähe von 50, 100 und 200 Hz bei der maximalen Leistung des UMZCH, der von einer nicht stabilisierten Quelle gespeist wird, führt auch zusätzliche Verzerrungen ein, die dem "Bass" Steifigkeit verleihen. Diese Art von Verzerrung kann eliminiert werden, indem der UMZCH aus einer stabilisierten Spannungsquelle mit einem Laststrom pro Impuls von mindestens 20 A gespeist wird oder indem die Tiefe des OOS im niederfrequenten Bereich mit einem Integrator um mehrere Größenordnungen erhöht wird [ 2].

Zusätzliche Obertöne werden auch durch die Selbsterregung des UMZCH während Transienten und beim Betrieb mit einer komplexen Last eingeführt.

Veröffentlichung: cxem.net

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