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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Beseitigung des Effekts des Transistorklangs eines leistungsstarken UMZCH. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Transistor-Leistungsverstärker Begeisterte Musikliebhaber, Musiker und Toningenieure haben schon lange bemerkt, dass es einen Unterschied im Klang zwischen leistungsstarken Röhren- und Transistor-NF-Verstärkern gibt. In Bezug auf die Messwerte ihrer Parameter stehen Transistorverstärker Röhrenverstärkern in nichts nach und sind ihnen teilweise sogar überlegen. Beim Hören von Transistor-Ultraschallfrequenzen tritt jedoch häufig das sogenannte „Transistorgeräusch“ auf. Es äußert sich in der Verzerrung der natürlichen Klangfarbe von Musikinstrumenten und lässt sich prägnant als Verlust der natürlichen „Leichtigkeit“ des Klangs, unzureichende „Transparenz“ des Klangs sowie spezifische Wiedergabe hochfrequenter Signalanteile charakterisieren. ausgedrückt im Gefühl ihres „schwierigen“ Durchgangs durch den Weg der Tonwiedergabe. Studien haben gezeigt, dass dieser Effekt bei verschiedenen Verstärkern derselben Klasse nicht in gleicher Weise auftritt. Die Forscher klassifizierten die Verstärker und ordneten sie in der Reihenfolge der Klangverschlechterung und der „Transistorklang“-Verbesserung. Als Ergebnis stellten russische Experten fest: Das Auftreten von „Transistorklang“ hängt mit dem Koeffizienten der nichtlinearen Verzerrung zusammen, mit der Einschränkung, dass alle anderen Parameter der Verstärker gleich sind. Diese Schlussfolgerung wird durch die Ergebnisse einer Reihe westlicher Forscher [1-3] bestätigt, die den starken Einfluss der Nichtlinearität der Amplitudencharakteristik zeigen, die aus dem nichtlinearen Verzerrungskoeffizienten des Signals geschätzt wird. Es ist zu beachten, dass die Qualität der Tonwiedergabe nicht nur durch nichtlineare Verzerrungen negativ beeinflusst wird. Dies ist in weitaus größerem Maße auf die kombinatorischen Komponenten des Signalspektrums zurückzuführen, die aufgrund der Nichtlinearität des Amplitudenverlaufs bei gleichzeitiger Verstärkung von Signalen mit unterschiedlichen Frequenzspektren entstehen [4]. Bei der Untersuchung kombinatorischer Komponenten wurden MEK-Empfehlungen zur Messung der sogenannten „TIM-Verzerrung“ (Transient Inlermodulation Distortion) verwendet. Dem Eingang der Verstärker wurden Signale mit Frequenzen von 3,18 kHz und 15 kHz und gleicher Amplitude zugeführt, die eine Ausgangsleistung mit einem um 3 dB niedrigeren Pegel als dem Nennpegel lieferten. Die Testergebnisse bestätigten die theoretischen Annahmen, dass das Ausgangssignal von Transistorverstärkern harmonischer ist (es werden etwa 11 Harmonische beobachtet) als das von Röhrenverstärkern (das Spektrum umfasst bis zu 5 Harmonische), was sich auf die subjektive Wahrnehmung des Verstärkers auswirkt Tonbild. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass das Spektrum der Kombinationsfrequenzen von Transistorverstärkern „dichter“ ist als das von Röhrenverstärkern. Diese Merkmale im harmonischen Spektrum und in den kombinatorischen Komponenten sind nach Ansicht der Autoren einer der Hauptgründe für das Auftreten von „Transistorgeräuschen“. Aus dem oben Gesagten folgt die offensichtliche Schlussfolgerung. dass die Standards für den nichtlinearen Verzerrungskoeffizienten (Kni) von Röhrenverstärkern nicht für den Transistor UMZCH gelten. Für sie dürfte der zulässige Kni deutlich geringer ausfallen. Das Gleiche gilt für den Intermodulationsverzerrungsfaktor. Angesichts der Schwierigkeiten, die Spektrumsbreite der harmonischen Komponenten des Nutzsignals gezielt zu beeinflussen, besteht die einzige Möglichkeit, „Transistorgeräusch“ zu bekämpfen, darin, Kni auf einen Wert zu reduzieren, bei dem der Einfluss der Kombinationsfrequenzen des Signals subjektiv nicht mehr spürbar ist. Hierzu ist eine Technik zur Beurteilung nichtlinearer Verzerrungen erforderlich, die es ermöglicht, den Schwellenwert, unterhalb dessen kein „Transistorgeräusch“ auftritt, eindeutig zu bestimmen. Die Methode zur Beurteilung der Qualität von Verstärkern mittels TIM-Verzerrungen unterscheidet sich nicht wesentlich von der bekannten Spektralmethode, ist jedoch in der Praxis nicht anwendbar, da neue spezialisierte Messgeräte erforderlich sind. Wie die in [6] vorgestellten Studien zeigen, eignet sich die Einzelsignalmethode durchaus zur Schätzung von Kni in jedem Audiosystem mit einem gleichmäßigen Frequenzgang, der bei hochwertigen Hi-Fi-Verstärkern problemlos erreicht werden kann. Die folgenden Ergebnisse stammen aus Experimenten, die mit der Einzelsignalmethode durchgeführt wurden. Aufgrund der inhärenten Nichtlinearität von Transistoren ist der Bau von Verstärkern ohne den Einbau einer speziellen Vorrichtung zur Reduzierung nichtlinearer Verzerrungen unmöglich. Die Einführung von negativem Feedback (NF) reduziert Kni am effektivsten. Um eine Reihe von Problemen zu vermeiden, auf die jeder Designer bei der Entwicklung einer Ausgangsstufe mit OOS stößt [6, 7]. Folgende Regeln sind zu beachten:
Das von Lynch Marshall [8] entworfene und gebaute UMZCH erfüllt diese Anforderungen am besten. Dieser Verstärker ist vergleichbar mit Röhrenverstärkern. Die entsprechenden Ergebnisse sind in der Tabelle wiedergegeben.
Während des Tests wurden die Verstärker gemäß der in Abb. 1 gezeigten Schaltung eingeschaltet. Hier ist U1 ein Studio-Tonbandgerät. Z1 – Multiband-Equalizer. A1 und A2 sind Verstärker, deren Klangqualität verglichen wird.
Um die Reinheit des Experiments nicht zu beeinträchtigen, gab es in den Lautsprechern keine Frequenzfilter, die zu Phasenverzerrungen führen würden. Die Akustiksysteme (von uns selbst entworfen) verfügten über Lautsprecher von Gudmans, die sich durch geringe nichtlineare Verzerrungen im Frequenzbereich 0,03...16.5 kHz auszeichneten. Die verwendete Signalquelle war ein Programm, das mit einem Studiogerät auf A4615-6P-Band mit einer Geschwindigkeit von 38,1 cm/s von einer hochwertigen Schallplatte aufgenommen wurde und von dem Otophon-Player wiedergegeben wurde, der in das XL-1550-Grammophonchassis des Pioneer-Geräts eingebaut war. Um Überlastungen zu vermeiden, wurden die Signalpegel an den Verstärkereingängen so eingestellt, dass sie selbst bei Spitzenausgangsleistung 3 dB unter dem Maximum blieben. Beim Hören war die Überlegenheit des Verstärkers Nr. 1 gegenüber den Verstärkern Nr. 2 und Nr. 3 hinsichtlich „Reinheit“ und „Transparenz“ des Klangbildes bei der Übertragung der höheren Komponenten des Klangspektrums zu spüren. Um annähernd den gleichen ausgewogenen (Timbre-)Klang zu erhalten, war außerdem die Equalizer-Reaktion des Verstärkers Nr. 1 gleichmäßig, während bei der Arbeit mit Verstärker Nr. 2 ein Anstieg von + 10 dB im Frequenzbereich von 1 bis 16 erforderlich war kHz. Verstärker Nr. 3 war in der Klangwiedergabequalität allen anderen unterlegen. Für die Röhrenverstärker Nr. 4 und Nr. 5 gab es keinen Konsens, es wurde jedoch festgestellt, dass sie gegenüber Verstärker Nr. 1 keine Vorteile haben. In diesem Zusammenhang wurden zusätzliche Tests am Verstärker Nr. 1 durchgeführt, als dieser an einen Zweiwege-Röhren-Schallwiedergabekomplex mit elektromechanischer Rückkopplung (EMOS) und einer Bandbreite (Schalldruck) von 0,016...25 kHz angeschlossen war. Das Installationsblockdiagramm ist in Abb. dargestellt. 2.
Der Widerstandsteiler R1-R2 diente als Testlast für Verstärker Nr. 2 (A1 in Abb. 2), ausgewählt, um einen Übertragungskoeffizienten von 1 zu erhalten. Der Test zeigte, dass die Einbeziehung von Verstärker Nr. 1 in den Ton Komplex führt nicht zum Auftreten von „Transistortönen“ beim Abspielen verschiedener Musikprogramme. Es wurde festgestellt, dass die Eigenschaften von UMZCH Nr. 1 nahezu mit den Eigenschaften von UMZCH Nr. 2 übereinstimmen, jedoch ein deutlich geringeres Knie aufweisen, das 0.04 % im Band 0,02...20 kHz nicht überschreitet. Dies ist die Bedeutung von Kni. Offensichtlich ist dies die gewünschte Grenze, an der der „Transistorklang“ verschwindet. Auf der Grundlage der dargelegten Prinzipien für die Konstruktion hochwertiger NF-Geräte sowie einer relativ kostengünstigen Elementbasis entwickelten die Autoren einen Leistungsverstärker, den Der Schaltkreis ist in Abb. 3 dargestellt.
Der Vorverstärker besteht aus einem Emitterfolger am Transistor VT1 und einer symmetrischen Push-Pull-Kaskade an VT2, VT3, abgedeckt durch lokales OOS aufgrund der Emitterwiderstände R11 und R12 und allgemeines OOS, verbunden von den Kollektoren VT2, VT3 über einen Teiler R1-R2- RP3 zur Basis VT1. Das OOS-Signal wird dort mit dem Eingangssignal addiert. Die Widerstände R2 und RP3 dienen gleichzeitig als Eingangssignalteiler. Die Verstärkung des Vorverstärkers ohne Gegenkopplung beträgt etwa 100, der Kni bei maximalem Eingangssignal beträgt etwa 0,15 %. Die Einführung von OOS reduziert den Gewinn auf etwa 5.5 und Kni auf 0.01 %. Die Kaskade wird durch den Widerstand RP8 ausgeglichen. Die „Boost“-Kaskade wird mit den Transistoren VT4, VT5 und VT6 nach einer Vorverstärker-ähnlichen Schaltung aufgebaut. Die Verstärkung dieser Kaskade ohne Gegenkopplung beträgt etwa 100 und Kni = 0,1 ... 0,15 %. Dies wurde durch den Einsatz von BD140/BD139-Transistoren erreicht (ohne jegliche Auswahl der Transistoren nach Parametern). Der Emitterfolger VT4 dient dazu, die Effizienz des parallelen OOS zu erhöhen, das vom Ausgang des Verstärkers über den Teiler R14-R15-R20 eingeführt wird. Die Grenzfrequenz der Kaskade wird durch die Kapazitäten der Kollektorverbindungen VT5, VT6 und den Wert von C13 bestimmt. Für die im Diagramm angegebene Kapazität C13 beträgt die Grenzfrequenz etwa 35 kHz. Die Kette R16-C8 korrigiert den Frequenzgang. Die Ausgangsstufe ähnelt in der Schaltung dem Brig 001-Stereoverstärker. Um einen Anstieg von Kni und das Auftreten von „Transistorgeräuschen“ zu vermeiden, wird lokales OOS verwendet, das auf Widerstandsteilern R38-R39 und R40-R41-R42-RP44 mit niedrigen Widerständen implementiert wird. Wie in der vorherigen Kaskade wurde die Auswahl der Transistoren nicht durchgeführt. Mit RP44 wird der Knick des Ausgangssignals minimiert. Ohne OOS beträgt der Kni im gesamten Audiofrequenzband 0.5...0,7 %, die Verstärkung beträgt 2.7. Der Ruhestrom der Ausgangstransistoren wird mit RP100 auf ca. 30 mA eingestellt. und die Einstellung „0“ am Ausgang erfolgt über den Widerstand RP24. Mit einer allgemeinen negativen Rückkopplung, die die „Swinging“- und Ausgangsstufen abdeckt. Knie bei maximaler Ausgangsleistung über den gesamten Frequenzbereich beträgt 0,02 % (gemessen mit der Kompensationsmethode). Durch den Ausschluss des durch die R14-C6-Kette gebildeten Tiefpassfilters betrug die obere Grenzfrequenz des Verstärkers im „Kleinsignal“-Modus (dem Eingang wurde ein Signal mit einem Pegel von 0,1 des Nennpegels zugeführt) 1.8 MHz! Um eine Selbsterregung des Verstärkers zu verhindern, ist am Ausgang ein Bouchereau-Kompensator - R54-L1 - installiert. Die Spule L1 (Induktivität - ca. 0,3 μH) ist mit einem 54 (0.8) mm dicken Draht auf R1,0 (über ihre gesamte Länge) gewickelt. Die folgenden Elementaustausche sind im Verstärker möglich: VT1, VT3, VT4, VT7, VT8 - VS546V, 2T3167V(S), VS107. KT315V(G); VT2, VT9 - ВС556В, ВС177В(С), 2Т3307В(С), KT361B(Г); VT5 - 2T9140C, КT814B; VT6 - 2Т9139С. KT815V: VT10 -2T7638V. KT626V; VT11 -2T7637V, KT807B; VT12, VT13 - KD3442. 2N3442, 2N6259A, KD502. Der Transistor VT7 wird mit Wärmeleitpaste beschichtet und am Kühler in der Nähe von VT12 oder VT13 (oben am Kühler) befestigt. Abschließend können wir sagen:
Literatur
Autoren: D. Kostov, V. Todorov
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