Hochwertiger Transistor UMZCH. Schema, Beschreibung

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Hochwertiger Transistor UMZCH. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Transistor-Leistungsverstärker

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Der charakteristische Transistorklang (trocken, rau, undurchsichtig) ist bei Transistorverstärkern nicht unbedingt inhärent. Tatsächlich klingen die meisten industriellen Entwicklungen des Transistors UMZCH mit einem harmonischen Koeffizienten von weniger als 0,05 % und einem Frequenzband von 20 ... 20000 Hz bei weitem nicht optimal, erfordern jedoch eine deutliche Erhöhung der höheren Frequenzen.

Als Beispiel für eine erfolgreiche Entwicklung kann man einen Verstärker [1] nennen, der zu Beginn der Entwicklung transformatorloser UMZCH-Schaltungen entwickelt wurde. Der Verstärker enthält nur eine Spannungsverstärkungsstufe mit gemeinsamem Emitter (CE) und weist bei einer Ausgangsleistung von 2 W eine Verzerrung von etwa 2 % auf. Bei höheren Frequenzen klingt es jedoch recht klar, transparente Details erfordern keinen Anstieg.

Paradoxerweise klingen Röhrenverstärker mit 2 % Verzerrung subjektiv besser als Transistorverstärker mit 0,002 % Oberwellen. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass das Spektrum der Oberwellen bei Röhrenverstärkern viel schmaler ist und nur eine niedrige Ordnung aufweist, nicht höher als die dritte, während es bei Transistorverstärkern bis zur elften Ordnung reicht.

Ein sehr wichtiger Vorteil von Hochleistungslampen besteht darin, dass die Trägerdissipationszeit und die Einschaltverzögerung beim Anlegen der Steuerspannung gleich Null sind. Darüber hinaus sind die Ausgangseigenschaften der Triode ideal für die Ausgangsstufe, die bekanntlich mit einer komplexen Last (pro Impedanz) arbeitet. Ein statischer Induktionsfeldeffekttransistor (SIT) hat Eigenschaften, die denen einer Triode ähneln, wenn eine negative Spannung an das Gate angelegt wird. Allerdings sind Bipolartransistoren für Funkamateure immer noch am zugänglichsten.

Betrachten wir kurz die Hauptursachen für Verzerrungen bei Transistorverstärkern.

In der Ausgangsstufe kommt es zu Verzerrungen. Transiente Verzerrungen erster Art (Stufentyp) sind auf die stark ausgeprägte S-förmige Form der Übertragungscharakteristik von Emitterfolgern zurückzuführen. Die Möglichkeit, diese Art von Verzerrung zu reduzieren, besteht darin, den Ruhestrom und die Tiefe des OOS zu erhöhen.

Übersprechverzerrungen zweiter Art entstehen durch die durch den Schaltvorgang verursachten Zeitverzögerungen des Signals und führen zu Verzerrungen im Bereich des Nulldurchgangs. Diese Verzerrungen entstehen aufgrund einer relativ langen Resorptionszeit nicht der Hauptträger der Base, sondern weil Während dieser Zeit kommt es praktisch zu keiner Rückkopplung, die Vorstufen entfalten ihre volle Verstärkung, was zu Impulsstößen bis zur Versorgungsspannung führt. Diese Art von Verzerrung kann durch den Einsatz von Hochleistungs-Ausgangstransistoren mit einer Grenzfrequenz von 5 MHz oder mehr reduziert werden. Eine Erhöhung des OOS hilft in diesem Fall nicht.

Die Hauptmerkmale des Verstärkers:

Empfindlichkeit, V ....... 0,7
Eingangsimpedanz, kOhm.......5,6
Nennausgangsleistung bei einer Last von 4 Ohm, W.......60
Koeffizient der nichtlinearen Verzerrung, %......0,02
Bandbreite effektiv verstärkter Frequenzen, Hz im Bereich von 0 - 0,5 dB.......3...80 000
nach Pegel 0 - 3 dB.......1...120 000
ohne Kette R1.C2.......1...550 000
ohne R1.C2-Kette und OOS-Kette ....... bis zu 85
OOS-Tiefe, dB.......32
Signal-Rausch-Verhältnis, dB.......96

Dynamische Intermodulationsverzerrung (TIM) tritt an Signalflanken auf, bei denen die Anstiegsgeschwindigkeit den am Verstärkerausgang maximal zulässigen Wert überschreitet. Die Hauptursache dieser Verzerrungen ist die Überlastung der Eingangsstufen. Um bestimmte Phasenverzerrungen zu eliminieren, muss die Bandbreite des Verstärkers mindestens 250 kHz betragen, was einer Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangssignals von etwa 50 V/µs entspricht. Um diese Art von Verzerrung zu reduzieren, benötigen Sie einen Verstärker mit einem rückkopplungsfreien Betriebsfrequenzbereich von bis zu 25 kHz oder mehr. Die Tiefe des OOS sollte nicht mehr als 20 ... 30 dB betragen. Das Spektrum des dem Leistungsverstärker zugeführten Signals sollte beispielsweise durch den Einsatz eines passiven Filters mit einer Grenzfrequenz von etwa 100 kHz begrenzt werden.

Die nächste Art von Verzerrung ist auf die Nichtlinearität des Stromübertragungskoeffizienten der Ausgangstransistoren h21e-f(Ik) zurückzuführen. Und da RBX=h21e-Ki (für eine Kaskade mit gemeinsamem Kollektor) die Last eines Spannungsverstärkers mit großer Ausgangsimpedanz ist, ändert sich auch dessen Verstärkung mehrmals während der Periode des Ausgangssignals, was letztendlich zu einer Nichtlinearität im führt Amplitudencharakteristik des Verstärkers als Ganzes. Um solche Verzerrungen zu reduzieren, ist es notwendig, die Ausgangsimpedanz des Spannungsverstärkers zu verringern oder die Eingangsimpedanz der Ausgangsstufe zu erhöhen, und zwar nach einer dreistufigen Darlington-Schaltung, was aufgrund einer Verlängerung der Schaltzeit unerwünscht ist und infolgedessen eine Zunahme der Schaltverzerrung. Weitere Einzelheiten zu anderen Arten von Verzerrungen finden sich in [6].

Die Entwicklung des vorgeschlagenen Verstärkers (Abb. 1) basiert auf den in [2] und [3] vorgestellten Konzepten.

(zum Vergrößern klicken)

Schaltungslösungen sind aus [4] und [5] entlehnt. Der Verstärker wird von einem Gleichrichter mit ungeerdetem Mittelpunkt gespeist, was den Ausfall des Lautsprechers durch die konstante Komponente der Ausgangsstufe verhindert. Ein wichtiger Vorteil eines invertierenden Verstärkers ist das völlige Fehlen einer Gleichtaktkomponente in der Eingangsdifferenzstufe. Im Gegensatz zu einem nichtinvertierenden Verstärker verursacht diese Stufe keine Verzerrung, die durch parasitäre Modulation der Stromquellenspannung am Transistor VT2 und der Kollektor-Emitter-Spannung der Transistoren VT1, VT3 verursacht wird. Darüber hinaus weist diese Lösung eine gute Störfestigkeit hinsichtlich der Stromversorgung auf, charakteristische Klickgeräusche treten beim Ein- und Ausschalten der Stromversorgung nicht auf.

Die Signalaufnahme der Differenzstufe ist symmetrisch, d. h. VT3, VT7, VT8 – OE-OK-OB; VT1, VT4, VT8 – OB-OK-OE. Dies ermöglicht eine maximale Verstärkung und eine hohe Gleichtaktunterdrückung (CMRR). Die Last des Spannungsverstärkers an den Transistoren VT7, VT8 mit Emitteranschlüssen ist der Stromgenerator am Transistor VT11. Die Stabilisierung des Ausgangswiderstands erfolgt über die Widerstände R17, R18. Die Vorspannung für die Ausgangsstufe wird von einem Spannungsgenerator an den Transistoren VT9, VT10 geliefert. Der Ruhestrom der Ausgangstransistoren wird durch Auswahl des Widerstands R50 auf 100-21 mA eingestellt. Der Transistor VT14 (VT15) erkennt den Emitterstrom VT16 (VT17) und verhindert das Abschalten (Abschalten) der Ausgangstransistoren, wodurch die Möglichkeit einer Schaltverzerrung ausgeschlossen wird. Der Schutz der Ausgangstransistoren vor Stromüberlastung erfolgt mit den Dioden VD2.VD3.

Am Ausgang des Verstärkers ist ein Bushe-Kompensator R29, C6 angeschlossen, mit dessen Hilfe die Lastimpedanz rein aktiv wird.

Um das Auftreten von Schnittstellenverzerrungen zu vermeiden, müssen Lautsprecher (ACs) mit Kabeln mit größtmöglichem Querschnitt an den Verstärker angeschlossen werden.

Der Verstärker ist auf einer Leiterplatte aufgebaut (Abb. 2). Details hier posten. Spule L1 ist mit PEV-31 2-Draht auf Widerstand R0,69 gewickelt und enthält 14 Windungen. Die Transistoren VT12, VT13 sind auf gerippten Kühlkörpern der Größe 20x15x10 montiert. Der Transistor VT5 kann durch die Diode D220 in direkter Verbindung ersetzt werden.

Hochwertiger Transistor UMZCH

(zum Vergrößern klicken)

Die Einstellung des Verstärkers reduziert sich auf die Einstellung des Ruhestroms der Ausgangstransistoren und die Einstellung der halben Versorgungsspannung an einem nicht geerdeten Mittelpunkt. Bei Verwendung eines Stereo-Verstärkerpaares wird jeder Kanal von einem separaten Gleichrichter gespeist.

Der Verstärker wurde zusammen mit einem Korrekturverstärker [7] getestet und zeigte gute Ergebnisse. Der Betrieb des Verstärkers zeichnet sich positiv durch eine hohe Wiedergabetreue aus, die sich in einer Erhöhung der Detailgenauigkeit und Klangtransparenz äußert.

Литература:

V. Ivanov "ULF ohne Transformator". "Radio" Nr. 2/70, S. 29-30.
I. Akulinichev. „ULF mit Gleichtaktstabilisator“. „Radio“ Nr. 3/80, S.47.
I. Akulinichev „Über die Kritikalität der Leistungsverstärkerversorgung“ „Radio“ Nr. 11/84, S. 33-35.
Japanisches Patent 60-23531, veröffentlicht 24-126-85, S. 73.
AS UdSSR 1259472, veröffentlicht 01-133-87, S. 6
N. Suchow. "Zur Frage der Beurteilung der linearen Verzerrung UMZCH". "Radio" Nr. 5-7/89.
A. Petrow. „Moderner Verstärker-Korrektor“ / „Radioamateur“ Nr. 2/92, S. 33-34.

Autor: A. Petrov

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