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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Thermische Verzerrung in HiFi-Verstärkern. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik /Transistor-Leistungsverstärker Und erst hier beginnen wir zu verstehen, warum Röhrenverstärker viel weniger Verzerrungen haben. Schließlich sind die Kathode einer Elektronenlampe oder ihre anderen wichtigen Details viel massiver als die „Beine“ von Halbleiterbauelementen. Daher sind die möglichen thermischen Zeitkonstanten in Lampen viel größer und thermische Phänomene können im Prinzip vernachlässigt werden. Eine normale elektronische Lampe mit indirektem Glühen reagiert fast nicht auf ein "schnelles" Tonfrequenzsignal. Nur durch das Zusammentreffen vieler Umstände kann ein langsamer thermischer Effekt auftreten. Als zusätzliches Argument weisen wir noch darauf hin, dass die Amplitude der Signale in einem Röhrenverstärker deutlich größer ist als in Halbleiterschaltungen. Außerdem arbeiten Vakuumröhrenstufen fast immer unter Bedingungen nahe der Leistungsanpassung. Derselbe Umstand erklärt, warum Solid-State-Endstufen der Klasse „A“ im Durchschnitt die beste Hörqualität haben. Solche Verstärkerstufen werden zum größten Teil unter Leistungsanpassungsbedingungen verwendet, so dass die thermische Verzerrung geringer ist. Es stellt sich die Frage: Was kann getan werden, um thermische Verzerrungen in einem bereits fertigen Verstärker zu reduzieren? Natürlich können bestimmte Rezepte nur für ein bestimmtes Schema angegeben werden. Natürlich empfiehlt es sich, diesen Verstärker erst einmal genau zu studieren – ob er aus thermischer Sicht durchaus Schwachstellen hat. Abgesehen von anderen Aspekten können wir sagen, dass in einem Kleinleistungsverstärker (Vorverstärker) die thermisch günstigsten Stufen diejenigen sind, die mit einem niedrigen Signalpegel (in Bezug auf die Versorgungsspannung) arbeiten, oder, was fast gleich ist, Stufen mit großer Versorgungsspannung. Das resultierende thermische Störsignal ist relativ klein. Es ist daher anzustreben, möglichst viel Versorgungsspannung in den Vorkaskaden zu verwenden. Die klassischen Regeln für das Design von Verstärkern empfehlen das Gegenteil. Es ist keineswegs ausgeschlossen, dass bei Verwendung eines gut ausgelegten Verstärkers mit einer anderen (z. B. niedrigeren) Versorgungsspannung im neuen Arbeitspunkt bisher minimale thermische Störungen auftreten oder deutlich ansteigen. Es ist sehr wichtig, die Kaskaden für eine ordnungsgemäße Leistungsanpassung einzurichten. Im Ruhezustand sollte die Spannung an diesem Transistor ungefähr gleich der Spannung am Kollektor- (oder Emitter-) Lastwiderstand sein. Um diese Bedingung zu erfüllen, müssen Sie möglicherweise gründlich am Verstärker "basteln". Wo möglich, sollten symmetrische Kaskaden verwendet werden, wobei immer das Prinzip der korrekten Leistungsanpassung beibehalten wird. Wenn im Verstärker viele symmetrische Stufen aufeinanderfolgen, muss man sich bemühen, dem Störsignal Hindernisse in den Weg zu legen, d.h. Es ist notwendig, Kaskaden mit einem großen Dämpfungskoeffizienten des Gleichtaktsignals zu verwenden. Leider lässt sich das Auftreten eines Störsignals nicht verhindern (selbst mit Hilfe einer korrekten Leistungsanpassung), sondern nur seine weitere Ausbreitung. Dies kann insbesondere durch einen großen Emitterwiderstand (im Vergleich zum Kollektor), beispielsweise einen Emitterstromgenerator, erfolgen. Typischerweise führt der Einbau jeder neuen Stufe in den Verstärker zu einer Zunahme der thermischen Verzerrung. Daher gibt es keine Garantie dafür, dass ein Vorverstärker oder Endverstärker, der nach einer komplexen Schaltung „eigener Erfindung“ aufgebaut ist, ein besseres Ergebnis liefert als der ursprüngliche einfache Verstärker. Es kann daran gedacht werden, irgendwie eine thermische Kompensation zu verwenden; aufgrund der Tatsache, dass die Zeitkonstanten unbekannt sind, befinden wir uns hier jedoch "an einem ziemlich sumpfigen Ort". Es ist jedoch sinnvoll, mit verschiedenen Arten von Halbleitern zu experimentieren und sie als Ausgleichselemente einzusetzen. Bei Geräten auf integrierten Schaltkreisen (Operationsverstärker, Endstufen auf ICs) gehen sie genauso vor wie bisher: Möglichst alle bekannten Störquellen ausschließen und durch Abhören entscheiden, ob dieses Sample ( Produkt) geeignet ist oder nicht. Und bisher gibt es außer dem Zuhören keine anderen Methoden, die zum gleichen Ziel führen würden. Dazu möchte ich folgende Überlegungen anstellen, die als Ausgangspunkt für weitere Überlegungen dienen können, aber nicht wörtlich zu nehmen sind. Bevor Sie mit den Änderungen fortfahren, ist es notwendig, die Schaltung dieses speziellen Verstärkers sorgfältig zu studieren und seine Fähigkeiten zu bewerten. Es ist normalerweise leicht festzustellen, dass die gängigsten Vorverstärker- und Leistungsverstärkerschaltungen eine oder mehrere Stufen haben, die thermisch schlecht gebaut sind. Die vorgenommenen Verbesserungen sollten nicht nur die Betriebsprinzipien dieser Schaltung berücksichtigen, sondern auch die Art der verwendeten Halbleiterbauelemente. Beispielsweise ist in einer schlecht ausgelegten Stufe die thermische Grenzfrequenz höher und die resultierende Verzerrung geringer, wenn kleine Transistoren wie SM verwendet werden. Die Verwendung von unterschiedlichen Bauteiltypen ist wohl einer der Hauptgründe dafür, dass nach der gleichen Methode berechnete Verstärker mit den gleichen Schaltungen und fast dem gleichen Design beim Hören immer noch unterschiedliche Ergebnisse liefern. Das Problem ist, dass viele Firmen Halbleiter jeglicher Art herstellen, die nicht unbedingt dieselbe Technologie verwenden. Außerdem ändert sich manchmal die Technologie, während die Halbleitermarke gleich bleibt, und sogar das Gehäuse ist auf den ersten Blick gleich. Einige vom Autor vorgenommene Modifikationen der Verstärker und eine Reihe von Messungen haben bereits erste ermutigende Ergebnisse geliefert. Nach der Modifikation des Verstärkers nach den obigen Regeln werden Transienten „unerklärter“ Herkunft (mit hoher Wahrscheinlichkeit) auf ein günstiges niedriges Niveau reduziert, so dass sie entweder nicht registriert werden oder schwer zu erkennen sind. Berechnungen zeigen, dass wir eine Verringerung dieser Art von transienter Verzerrung um etwa eine Größenordnung erwarten können. Sie können die seltsame Änderung der Tonqualität beseitigen oder stark reduzieren, nachdem ein starkes Eingangssignal gestoppt oder stark reduziert wurde. Die manchmal auftretenden "mysteriösen" Kreuzverzerrungen mancher Musikmelodien treten nicht auf (zumindest sind sie mit dem Gehör nicht oder kaum wahrnehmbar). Es muss noch einmal betont werden, dass es sich nicht um jene Verzerrungen im Verstärker handelt, die durch herkömmliche Messmethoden kontrolliert werden. Im Gegenteil, wir sprechen von Fällen, in denen diese Methoden versagen (keine merklichen Verzerrungen erkennen) und die Klangqualität immer noch unbefriedigend ist. Natürlich könnte man mit ausgeklügelten (z. B. differentiellen) Methoden die thermischen Änderungen der Parameter des Verstärkers trotzdem messen. Allerdings stellt sich auch hier wieder das Problem, Messfehler abzuschätzen, die aus ähnlichen Gründen bei den verwendeten Messgeräten entstehen. Und ohnehin wird der korrigierte "nach Gehör"-Verstärker eine höhere Kategorie haben. Umgestalten und Experimentieren ist natürlich nichts für Anfänger. Vorsicht, Genauigkeit und Vorstellungskraft sind gefragt. Es können andere Nebenwirkungen (z. B. Ultraerregung usw.) auftreten, die sich noch verschlimmern. die die Situation verbessern. Der Autor versucht nicht zu verbergen, dass der Zweck dieses Artikels in erster Linie darin besteht, den Leser zum Nachdenken anzuregen und ihn dazu zu bringen, das "immergrüne" Problem der Verzerrungen aus einem neuen Blickwinkel zu betrachten. Literatur
Übersetzung von A. Belsky; Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru
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