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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Mehrkanalverstärkung im UMZCH mit extrem tiefem OOS. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Transistor-Leistungsverstärker Der Autor schlägt eine originelle Mehrkanalstruktur des Transistors UMZCH vor. Dieser Verstärker erreicht durch Multi-Loop-Feedback eine sehr geringe Verzerrung. Breitbandiges (bis zu 100 MHz) OOS wird im Hauptkanal mit geringer Leistung und sehr geringer Verzögerung erreicht. Tatsächlich hat der Autor einen Präzisions-Hochgeschwindigkeitsverstärker entwickelt. Anlass für das Schreiben des Artikels war nicht zuletzt die anhaltende Debatte unter Audiophilen über die Gefahren von OOS und die Einschränkung seiner Verwendung. Leider reichen oberflächliche Eindrücke mehr als aus, um dem OOS Unrichtigkeit vorzuwerfen. Natürlich ist Kritik an Deep NOS im Allgemeinen nicht ernst gemeint; Der Grund für das negative Ergebnis ist im Schaltungsaufbau der Verstärker zu suchen. In Empfänger-Verstärker-Geräten für professionelle und militärische Zwecke bei Frequenzen bis zu 1 GHz [1] wird empfohlen, Kaskaden mit präzisem NFB zu verwenden, da sie den maximalen Dynamikbereich und die maximale Linearität bieten. Ähnliche Empfehlungen werden in Amateurfunkgeräten umgesetzt [2]. Das grundlegende Kriterium für die Linearität eines „idealen“ Verstärkers ist die Skalenidentität der Momentanwerte der Eingangs- und Ausgangssignale. Es ist OOS, das die Verstärkung des Verstärkers in Bezug auf Parameter stabilisiert, die durch die Struktur und Art der Rückkopplung bestimmt werden. Die Qualität der Stabilisierung wird durch die Verstärkungsspanne innerhalb der CNF-Schleife bestimmt [3]. Der Verstärkungsspielraum – über 120 dB in einem 20-kHz-Band – entspricht dem Dynamikbereich des Geräts und ermöglicht die Erzeugung eines Ausgangssignals mit einem Fehler von weniger als 0,0001 %. Daher sollte die Verwendung einer extrem tiefen Rückkopplung als obligatorisch angesehen werden, um eine hochwertige Verstärkung von Breitbandsignalen und die Linearität von Transistorverstärkern sicherzustellen. Leider werden diese Konzepte trotz der bekannten Begriffe oft recht seltsam interpretiert oder sogar ignoriert, sodass bestimmte Kommentare erforderlich sind. Kriterien und Grundsätze des Umweltschutzes Viele UMZCH-Entwickler achten darauf, dass der Verstärker bereits vor der OOS-Abdeckung eine hohe Linearität aufweisen muss. Am wichtigsten ist jedoch, dass der UMZCH eine hohe Linearität im Frequenzbereich aufweist, dessen Periode nahe an der Zeit des Signaldurchgangs durch die vom OOS abgedeckten Verstärkungsstufen liegt. Da die Rückkopplung bei diesen Frequenzen nicht mehr funktioniert, führen Nichtlinearitäten und Rauschen zum Auftreten von Kombinationskomponenten im Prozess der parasitären Modulation in den UMZCH-Kaskaden. Im Frequenzbereich, in dem das NOS noch wirksam ist, sind unangenehme Effekte möglich, wenn die Rückkopplungseffizienz unter bestimmten Bedingungen stark reduziert wird [4]. Es stellt sich heraus, dass das Signal am Ausgang des Verstärkers dem Eingang sehr ähnlich ist, aber dennoch ein komplexes Gewirr parasitärer Komponenten enthält. Als Folge einer solchen Verstärkung treten phasenmultiplikative Verzerrungen auf, ähnlich dem „Jigger“ in digitalen Übertragungskanälen. Als Grundlage einer hohen Linearität sollte der Betrieb elektronischer Geräte in einem Low-Signal-Modus [5], nahe dem statischen Modus, angesehen werden, da Änderungen ihrer elektrischen Parameter unter dem Einfluss eines Signals oder eines destabilisierenden Faktors die Hauptursache für Verzerrungen sind. Ein großer Signalpegel führt zu Änderungen der Verstärkungs- und Zeit-Frequenz-Parameter der Kaskaden. Die Zeit, die das Signal benötigt, um die Stufen des Verstärkers zu durchlaufen, hängt von vielen Faktoren ab, was unabhängig vom Vorhandensein von Rückkopplungen zum Auftreten von „Jitter-ähnlichen“ Phänomenen führt. Gleichzeitig ist es für den FOS grundsätzlich wichtig, dass die Verzögerungszeit des Rückkopplungssignals extrem kurz ist, was tatsächlich nahe an der Signallaufzeit durch die Verstärkerkaskaden liegt, da zu diesem Zeitpunkt das FOS-Signal relativ zum Eingang verzögert ist Signal. Je größer der Pegel dieses Signals (d. h. je größer die Verstärkung) und die Verzögerungszeit des Signals, desto größer sind die parasitäre Modulation und Verzerrung. Dementsprechend werden höhere Anforderungen an die Überlastfähigkeit der Kaskaden gestellt. Eine Überlastung der Kaskaden blockiert die stabilisierenden Funktionen des Umweltschutzes. Die Wahrscheinlichkeit einer Überlastung hängt tatsächlich mit der Reaktionszeit * durch die Rückkopplungsschleife zusammen (die Zeit zwischen dem Eintreffen eines Signals am Eingang des Verstärkers und seiner Reaktion zurück durch die Rückkopplungsschaltung). Die meisten Mängel von UMZCH mit tiefem OOS hängen genau mit der erzwungenen Verstärkung bei Frequenzen zusammen, deren Periode nahe an der Zeit des Signaldurchgangs durch die von OOS abgedeckten Verstärkungsstufen liegt. Die Verschlechterung der Verstärkerqualität schreitet mit zunehmender Verzögerungszeit in der Rückkopplungsschleife voran und wird mit zunehmender Stufenzahl noch schlimmer. Mit anderen Worten: Die Anzahl aufeinanderfolgender Verstärkungsstufen bei großer Tiefe der Gesamtrückkopplung ist sehr begrenzt. Es ist zu beachten, dass sich die Verwendung von Transistorstufen mit gemeinsamem Emitter (einschließlich Differenzstufen und Stromgeneratoren) sowohl auf die Modulations- als auch auf die Überlasteigenschaften des Verstärkers sehr negativ auswirkt. Kaskaden dieser Art stellen eigentlich einen Mischer dar, dessen Dynamikumfang als Kriterium für die Linearität dient. Im Bereich der für Transistoren zulässigen Modi ist die Obergrenze des Dynamikbereichs proportional zum Strom durch den Mischer [2]. Mit anderen Worten: Die Kaskaden müssen einen großen Dynamikbereich und die entsprechenden Strom- und Spannungsmodi für Transistoren aufweisen und ihre Änderungen bei Vorhandensein eines Signals sind minimal. Das Signal selbst muss im Vergleich zur Geschwindigkeit der Verstärkungselemente ausreichend „langsam“ sein, dann gibt es während der Reaktionszeit in der Rückkopplungsschleife weniger Signaländerungen und weniger Verzerrungen. Die Grenzfrequenz Fgr von Verstärkergeräten sollte so groß wie möglich der Frequenz der Einheitsverstärkung F1 des Verstärkers sein. Somit sind eine extrem begrenzte Anzahl von Stufen und eine extrem kurze Reaktionszeit der Rückkopplungsschleife die Grundvoraussetzungen für die Erzielung einer Breitbandlinearität und eines großen Dynamikbereichs des Verstärkers. Darüber hinaus müssen die Kaskaden in der Klasse A arbeiten, sodass ihr Übertragungskoeffizient außerhalb des Betriebsbandes deutlich kleiner als eins ist. Mit anderen Worten: Wenn im Frequenzgang keine „Höcker“ vorhanden sind, sollte die Schließfrequenz Fdm der CNF-Schleife (Fcd ist der Kehrwert der Ansprechzeit der CNF-Schleife) viel höher sein als die Frequenz der Einheitsverstärkung (Fgm). >> F1), und das Signal bei Frequenzen nahe Fgm sollte stark geschwächt sein. Gleichzeitig sollte bei einem extrem tiefen OOS gleichzeitig eine geringe Durchdringung des Ausgangssignals zum UMZCH-Eingang bei der Frequenz des Schließens der OOS-Schleife gewährleistet sein. Der letzte Faktor ist sehr wichtig, da im UMZCH der Ausgangssignalpegel (in Bezug auf die Spannung) groß ist und die Intermodulationseffizienz eine Abhängigkeit nahe der dritten Potenz des Eingangssignals aufweist [2]. Der allgemeine NF-Kreis sollte wiederum keine zusätzlichen (und parasitären) Verbindungen mit zwischengeschalteten UMZCH-Kaskaden oder mit lokalen NF-Kreisen haben. Die Bedeutung ist einfach: Es ist notwendig, das Eindringen des vorverzerrten Signals in die Schleife des allgemeinen OOS auszuschließen. Der Gewinn bei aktiviertem OOS sollte minimal sein. Mit anderen Worten: Je niedriger die Verstärkung, desto höher ist proportional das Signal-Rausch-Verhältnis + Interferenz und desto niedriger ist die Einheitsverstärkungsfrequenz des UMZCH bei einer festen Grenzfrequenz der Schleifenverstärkung. Beachten Sie, dass eine Erhöhung des Eingangssignalpegels und die Verwendung extrem rauscharmer Eingangsverstärker zu einer Verschlechterung der Eingangsüberlastungseigenschaften des UMZCH führen können. Die Signalpfadschaltungen sowie der Eingang und der OOS (insbesondere bei HF) müssen relativ niederohmig sein (zig bis hunderte Ohm). Und hier sollten Sie darauf achten, dass eine Verringerung des Widerstands des Stromkreises, der den Transistor steuert, der gemäß dem Stromkreis mit einem gemeinsamen Emitter (CE) verbunden ist, seine Überlasteigenschaften stark verschlechtert. Widerstände in den Basis- und Emitterkreisen von Verstärkerstufentransistoren verbessern deren Linearität und Überlasteigenschaften erheblich. Durch Erhöhen des Eingangswiderstands wird der Eingangsstrom reduziert und somit einfach und effektiv die Verstärkung bei Frequenzen nahe F verringert. In diesem Fall ist es äußerst wünschenswert, diese Widerstände in jeder Verstärkungsstufe einzuschalten (um die Verstärkung zu reduzieren) [4, 6], aber die größte Effizienz wird erreicht, wenn sie genau am Verstärkereingang eingeschaltet werden [7]. Ähnliche Funktionen erfüllen diese Widerstände in Hochfrequenzgeräten [2] (Verstärker, Mischer usw.), indem sie die Verstärkung der Kaskaden bei der Grenzfrequenz (Fgr = Fzam) der verwendeten Transistoren reduzieren und deren Neigung zur Selbsterregung verringern. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass bei einer großen Änderung des Basisstroms der Widerstand im Basiskreis zu sehr großen Verzerrungen führen kann. Daher sollte der Einsatz von Widerständen in den Basiskreisen nur dann zum Einsatz kommen, wenn der Transistor in Strukturen mit sehr tiefer Rückkopplung betrieben wird. Einen Kompromiss zwischen den oben aufgeführten sich gegenseitig ausschließenden Anforderungen zu finden, ist oft eine undankbare Aufgabe. Die vollständige Ausführung und Kombination derselben in einem Verstärker ist einfach unrealistisch. Nur mit Mehrkanalverstärkung, also auf Basis von Multichannel Amplifying Structures (MCUS), ist es möglich, ein extrem tiefes OOS sowie die genannten Anforderungen zu realisieren. Kriterien und Grundsätze des ICCC Durch den Einsatz von MKUS ist es möglich, die Signalverzögerungszeit im Verstärker drastisch zu reduzieren, also eine extrem kurze Reaktionszeit der Rückkopplungsschleife zu gewährleisten. Dadurch wird es möglich, die Häufigkeit des Schließens der CNF-Schleife (Fc) stark zu erhöhen, um einen sehr großen Verstärkungsspielraum bereitzustellen – und das alles bei einem Rauschpegel nahe der Grenze. In dieser Version des Verstärkers ist es möglich, die Vorteile verschiedener Ansätze der Schaltungstechnik zu kombinieren, indem deutlich unterschiedliche Knoten mit unterschiedlichen Spezifika und oft auch einzigartigen Eigenschaften verwendet werden. In solchen Strukturen ist es möglich, unterschiedliche Verstärkungsklassen (A, B, C und sogar D), Schaltkreise und Arten elektronischer Geräte zu verwenden. Die Möglichkeiten zum Anschluss zusätzlicher Verstärkungskanäle basieren in diesem Fall auf dem Kriterium, das Signal des Hauptkanals (sowohl am Eingang, am Ausgang als auch im Inneren) durch seine zusätzliche Verstärkung und Übertragung an den Ausgangskreis zu unterdrücken. Im Allgemeinen kann die Übertragung dieses Signals von anderen Verstärkern übernommen werden. Somit ist es möglich, einen sehr großen Verstärkungsspielraum innerhalb der CNF-Schleife zu erzeugen und dadurch einen extrem kleinen Fehler in der CNF-Schleife bereitzustellen. Denn die Konsequenz einer idealen Verstärkung in einem Verstärker mit einem gemeinsamen OOS ist ... das Fehlen eines Signals am Ausgang des Addierers von Direkt- und Rücksignalen (entlang der OS-Schaltung). Hier drückt das Konzept des Hauptverstärkers (Kanals) seine Priorität darin aus, die Rückkopplungsschleife zu schließen und entscheidenden Einfluss auf die Bildung eines unverzerrten Ausgangssignals zu haben. Der Hauptparameter des Hauptverstärkungskanals sollte seine Verzögerungszeit sein, die extrem klein sein sollte. Spezifische Parameter zusätzlicher Verstärkungskanäle können der Eigenrauschpegel, die Ausgangsleistung usw. sein. Es ist anzumerken, dass die Prinzipien der mehrkanaligen (parallelen) Signalverarbeitung schon seit relativ langer Zeit bekannt sind [9], aber leider, abgesehen von Präzisionsmessgeräten, selten und in bescheidenem Umfang genutzt werden. Insbesondere bei der Implementierung einer großen Gewinnspanne innerhalb der OOS-Schleife. Gleichzeitig fallen eine Reihe von Schemata sowohl von UMZCH [5, 10] ** als auch von Breitband-Operationsverstärkern unter das Konzept von MKUS. Daher empfiehlt es sich, verschiedene Ansätze in der UMZCH-Schaltung [3-8] durch die Logik des Parallelbetriebs von Verstärkern, also MKUS, zu ergänzen. Es ist zu beachten, dass die Anzahl der Möglichkeiten zum Aufbau von Verstärkern auf Basis von MKUS recht groß ist, in Bezug auf UMZCH ist es jedoch sinnvoll, Strukturen zu verwenden, die aufgrund eines sehr großen Verstärkungsspielraums sogar einen leistungsstarken und oft niederfrequenten Verstärker erzeugen würden Die Endstufe verrichtet ihre Funktion einwandfrei.
Betrachten Sie als Beispiel für MKUS die Schaltung (Abb. 1) eines dreikanaligen invertierenden Verstärkers, der für den Betrieb mit einer Last mit geringer Leistung ausgelegt ist. Dabei ist der Operationsverstärker DA1 (entsprechend eingestellt) der Hauptkanal des Verstärkers, der die Schließfrequenz der CFO-Schleife (Fzam) einstellt, und die Verstärker DA2 und DA3 bilden zusätzliche Kanäle, die jeweils nach dem Signalunterdrückungskriterium arbeiten. am Ein- und Ausgang von DA1. Somit wird das Signal, das über die Widerstände R1, R7 zum Eingang des Operationsverstärkers DA1 gelangt, verstärkt und über den Kondensator C2 dem Ausgang des Verstärkers zugeführt. Die Elemente C1, R2 und R1 bilden eine OOS-Schleife. Zusätzlich wird das Signal über den DA2-Kanal sowie DA3 verstärkt, von wo es über den Widerstand R11 zum gemeinsamen Ausgang gelangt. Im Verhältnis zu niederfrequenten Signalen erhöht sich somit die Verstärkung innerhalb der CNF-Schleife deutlich. Die Signalteiler R5R6 und R8R9 gewähren dem Hauptkanal (DA1) Vorrang und reduzieren die Verstärkung von DA2 und DA3 auf einen Wert, bei dem die durch diese Operationsverstärker verursachte zusätzliche Phasenverschiebung leicht vom Hauptkanal kompensiert werden kann. Dabei sollte man sich an der Regel orientieren: Das Signal soll genau am Eingang zusätzlicher Verstärkungskanäle reduziert (geteilt) werden, was deren Überlastungseigenschaften deutlich verbessert. Eine Ausnahme können aufgrund der Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses nur Verstärker sein, die an den Eingang (DA2) angeschlossen sind. Die Widerstände R4 und R7 verbessern die Eingangsüberlasteigenschaften. Ähnliche Funktionen, wenn auch indirekt, werden von den Elementen R3 und R10 ausgeführt; Sie reduzieren die Verstärkung der Eingangsstufen des Operationsverstärkers erheblich, insbesondere in der Nähe von Fdet. Hervorzuheben ist hier, dass solche Widerstände dieses Problem beseitigen, da die Frequenzkorrektur des Operationsverstärkers nach der Standardmethode die Eingangsstufen des Operationsverstärkers in der Regel nicht vor HF-Signalüberlastung schützt. Ohne diese Widerstände gelangen hochfrequente Verzerrungsprodukte über den Kondensator C1 direkt zu den Eingängen des Operationsverstärkers und überlasten diese (die Verstärkung wird bei Frequenzen nahe Fzam erzwungen). Ein tiefes OOS für HF (über den Kondensator C1) führt wiederum zu einem starken Abfall im Frequenzgang des Verstärkers bei der Frequenz F1 des Operationsverstärkers DA1. Somit sind sowohl am DA1-Ausgang als auch am DA3-Eingang und damit am gesamten Verstärker insgesamt hohe Überlastungseigenschaften gegeben. Bei Audiofrequenzen wird das Signal sequentiell durch drei Operationsverstärker verstärkt – DA2, DA1, DA3 (sie können auch mit MKUS-Technologie hergestellt werden). Die Verwendung eines Operationsverstärkers vereinfacht die Implementierung des Designs, obwohl die Verwendung sowohl von Hochfrequenz- als auch Mikrowellentransistoren nicht verboten ist. Was die UMZCH-Option betrifft, ist es sehr verlockend, einen leistungsstarken Verstärker (im Folgenden ULF) als DA3 zu verwenden, mit einem hohen Ausgangswiderstand, von dem der Widerstand R11 ausgeschlossen werden könnte. Eine andere Lösung ist auch möglich: Verwenden Sie anstelle der Elemente C2 und R11 ein effizienteres Anpassungsgerät (Mehrkanal), dann kann ULF als separate Einheit hergestellt werden! Dadurch ist es möglich, den Stör- und Interferenzpegel um 20...40 dB zu reduzieren. Wie bei anderen Verstärkereinheiten ist es hier technologisch sinnvoll, extrem breitbandige (Hochfrequenz-)Operationsverstärker zu verwenden, die einen Betrieb mit hundertprozentigem OOS ermöglichen. Mit anderen Worten: Die extrem kurze Signallaufzeit und dementsprechend die minimale Phasenverschiebung bei der Einheitsverstärkungsfrequenz sind die entscheidenden Parameter bei der Auswahl eines Operationsverstärkers. Die gesamte Argumentationspalette ist recht kompliziert und daher fiel die Wahl auf einen relativ durchschnittlichen Breitband-Operationsverstärker. Natürlich ist die Verwendung einer hochmodernen Elementbasis mit „Sky-High“-Eigenschaften durchaus beeindruckend, bei einem hohen Preis jedoch nicht ratsam. Der hohe Wirkungsgrad des MKUS mit der Hinzufügung von Signalen am Ausgang des Verstärkers (mit einem hochwertigen Anpassungsgerät) ermöglicht den Einsatz von Transistoren mit bescheidenen Parametern in der Ausgangsstufe des Niederfrequenzkanals. Aufgrund der relativ niedrigen Grenzfrequenz Fgr leistungsstarker bipolarer Geräte ist es notwendig, sich auf die oben diskutierte wesentliche Anforderung zu konzentrieren: Der Betrieb von Transistoren in der Nähe der Frequenz ist nicht zulässig und infolgedessen ist die Verstärkung des UMZCH (mit (bei eingeschalteter Rückkopplung) sollte bei dieser Frequenz unbedeutend sein (F1< Fgr). Eine Erhöhung der Grenzfrequenz der CFO-Schleife auf das Verhältnis F1 > Fgr führt dazu, dass der Eingangsverstärker (meist sehr breitbandig) eine Überlastung der nachfolgenden Niederfrequenzkaskaden des UMZCH verursacht. Basierend auf den hier dargelegten Prinzipien, vereint durch die MKUS-Technologie, hat der Autor ein Schema für einen relativ einfachen dreikanaligen UMZCH entwickelt, dargestellt in Abb. 2. Seine Nennleistung Pout beträgt 75 W bei Betrieb an einer Last Rn = 4 Ohm.
Der Hauptverstärkungskanal (DA1, VT1) verwendet einen AD812 RF-Operationsverstärker. Seine Einheitsverstärkungsfrequenz F1 = 100 MHz, Eigenrausch-EMF Esh = 4 nV/Hz und die Verstärkung beträgt etwa 40 dB bei einer Frequenz von 3 MHz, was der Frequenz Frp leistungsstarker ULF-Transistoren entspricht (A1 in Abb. 2). , wodurch Sie Verzerrungen der ULF-Ausgangsstufe wirksam unterdrücken können. Es ist der Hauptkanal, der die Schließfrequenz der CFO-Schleife (Fzap) und die Stabilität des UMZCH bei Frequenzen über Fgr bestimmt. Eine sehr kurze und stabile Reaktionszeit der CFO-Schleife wird durch die Geschwindigkeit des Hauptkanals und den Betrieb gewährleistet des Repeaters auf VT1 im Klasse-A-Modus, wodurch Jitter-ähnliche Phänomene (Phasenmodulation) eliminiert werden. In diesem Schema arbeitet der Hauptkanal im Band von Audiofrequenzen bis zur Frequenz Fzam. Die Besonderheit und Priorität des Hauptkanals liegt in seinem Betrieb bei Frequenzen nahe Fzam und dem Schließen der OOS-Schleife. Betrachten wir den Betrieb des UMZCH im Frequenzband von F1 = Frp = 3 MHz bis Fdet = 250 MHz und verwenden zur Analyse ein gepulstes Signal mit steilen Fronten. Das Eingangssignal gelangt über die Widerstände R1, R2 zum UMZCH-Signaleingang (Punkt A) und dann über den Widerstand R9 zum Eingang des Operationsverstärkers DAI, VT1, dessen Emitter der Ausgang des Hauptkanals ist (Punkt B). ). Vom Ausgang des Hauptkanals über die Elemente C7, C8 und R22 des Anpassungsgeräts gelangt das Signal zum UMZCH-Ausgang (Punkt C), wo dieses Signal das vom ULF kommende Signal dominiert, und dann über die C2-Schaltung , R3 schließt den OOS-Schaltkreis zum UMZCH-Signaleingang am Punkt A. Der niederohmige RF-OOS-Schaltkreis (Elemente C1, C2, R2, R3) sorgt für eine hochwertige Signalteilung bei diesen Frequenzen, während die Induktivitäten L1 und T1 parasitäre Signale trennen (Montage-)Kapazitäten. Das am Punkt A wirkende Signal wird durch den zweiten Verstärkungskanal (DA2) zusätzlich verstärkt. Dieser zusätzliche Verstärkungskanal wird durch das Kriterium der Hauptkanalsignalunterdrückung (DA1) an seinem Eingang ermöglicht. Für ein Signal ist der Kanal auf DA2 ein Vorverstärker; er „schaltet“ nur bei den höchsten Frequenzen (über 10 MHz) ab, wo eine Phasenverschiebung auftritt, die unter Stabilitätsbedingungen nicht akzeptabel ist. Das verstärkte Signal des Operationsverstärkers DA2 wird über das Prioritätsgerät DA1 (Signalteiler R10R11) dem nichtinvertierenden Eingang DA1 zugeführt. Bei Audiofrequenzen hat der DA2-Ausgang einen sehr niedrigen Signalpegel, d. h. er arbeitet nahezu im statischen Modus. Somit gelangt das von zwei Operationsverstärkern (DA2, DA1) in Reihe verstärkte Signal auch zum Ausgang des Hauptverstärkungskanals (Punkt B). Dort verzweigt das Signal über den Widerstand R23 zum dritten Verstärkungskanal – A1 (ULF), von dessen Ausgang das Signal der Audio- und „Null“-Frequenz über das Anpassungsgerät (Sekundärwicklung des Transformators T1) kommt der Ausgang des UMZCH (Punkt C). Bei Frequenzen, bei denen die Geschwindigkeit des ULF begrenzt ist, arbeitet die Ausgangsstufe an VT2 mit dem Transformator T1 nach dem Kriterium zur Unterdrückung der Amplituden- und Phasenfehler am Ausgang des ULF. Die Verwendung einer Induktivität in Form von T1 wird durch die Notwendigkeit bestimmt, zwei widersprüchliche Bedingungen zu erfüllen: einen sehr niedrigen Widerstand des Anpassungsgeräts bei Audiofrequenzen und einen hohen Widerstand bei Frequenzen nahe Fgr, leistungsstarke Transistoren. An dieser Stelle ist hervorzuheben, dass die Frage der korrekten Abstimmung niederohmiger HF- und NF-Strukturen aufgrund des Auftretens verschiedener parasitärer Resonanzen sehr wichtig ist. In diesem Fall tritt Resonanz in einem Stromkreis bestehend aus Kondensator C7 und Induktivität der Sekundärwicklung T1 auf und steht in engem Zusammenhang mit der Verstärkung und Phase am ULF-Ausgang. Schaltung C8, R22 reduziert die Frequenz und den Qualitätsfaktor dieser Schaltung. Der Schwingkreis der Elemente C9, R27 und die Induktivität der Primärwicklung des Transformators T1 reduzieren sie noch weiter, da sie auf eine noch niedrigere Frequenz abgestimmt sind. Der Transformator sollte als Filter (LPF) und als Element des Signaladdierers am UMZCH-Ausgang betrachtet werden, der die Reste parasitärer Resonanzerscheinungen und Phasenfehler unter Verwendung der Verstärkungsressourcen des Hauptkanals auf DA1 unterdrückt. Die Primärwicklung T1 ist mit einem Emitterfolger an einem Transistor VT2 verbunden, der gleichzeitig ein Stromstabilisator für VT1 ist. Die Priorität des Hauptkanals (DA1) ist gegeben, wenn der Transformator abgesenkt ist. Die Spannung der Sekundärwicklung T1 wird tatsächlich in Reihe mit der vom ULF-Ausgang kommenden Spannung eingeschaltet. Um ULF-Verzerrungen wirksam zu unterdrücken, muss der Transformator ausreichend breitbandig sein und einen hohen Wirkungsgrad (gute Flusskopplung) bei Frequenzen in der Größenordnung von Fgr aufweisen. HF-Mikroschaltungen müssen von einem separaten bipolaren Regler mit einer Spannung von ±12,5 V versorgt werden. Nun zum ULF, dessen Schema in Abb. dargestellt ist. 3. Seine Ausgangsstufe ist ein leistungsstarker symmetrischer Emitterfolger, der von einem Stromgenerator gesteuert wird [8]; Das Schema ist klassisch und bedarf keiner Kommentare. ULF wird nach dem Kriterium der Signalunterdrückung am Ausgang des Hauptkanals aktiviert. Vor dem ULF ist ein Gerät zum Erstellen der Priorität des Hauptkanals (DA1) enthalten – ein Teiler der Widerstände R23 (siehe Abb. 2) und R32 (Abb. 3). Seine Aufgabe besteht darin, die ULF-Verstärkung bei Frequenzen um Fgr mit minimaler Phasenänderung zu reduzieren und bei höheren Frequenzen die Verstärkung mittels C20 auf Null zu reduzieren. Dadurch werden die Überlasteigenschaften und die Störfestigkeit des ULF verbessert.
Somit nimmt der Beitrag des ULF zum Ausgangssignal des UMZCH bei hohen Frequenzen (über 3 MHz) um das Dreifache ab: als Folge des tiefen OOS (aufgrund der Abnahme des Frequenzgangs bei den Frequenzen Fgr), dem Teiler R23R32 und C20, und auch aufgrund des hohen induktiven Widerstands der Wicklung T1. Bei einer Frequenz von ca. 15 MHz liegt die Spannung am ULF-Ausgang (am Punkt E) um 180° hinter der Spannung am UMZCH-Ausgang (am Punkt C)! Der Kondensator C25 im ULF erfüllt eine Doppelfunktion. Zusätzlich zur Erzeugung einer ULF-Frequenzkorrektur bildet es in einer Kaskade auf den Transistoren VT6, VT7 einen Parallelkanal bei Frequenzen über 3 MHz. Das Signal vom VT3-Emitter wird über den Kondensator C25 (unter Umgehung von VT4 und VT7) zu den Ausgangs-Emitterfolgern (mit dem ULF-Eingangspegel) geleitet, wodurch die Signallaufzeit durch den ULF verkürzt wird. Hier muss auf die unklare Rolle der Leitungskorrekturschaltung mittels Kondensator C22 hingewiesen werden. Dieser Kondensator reduziert die Phasenverschiebung des Signals am ULF-Ausgang (bei Frequenzen in der Größenordnung von 3 MHz), während der Signalpegel am Ausgang des Hauptkanals abnimmt (Punkt B). Der Kondensator C22 verstärkt jedoch die Verstärkung bei Frequenzen über Fgr, was die Überlastungseigenschaften des Kanals verschlechtert und seine Verzerrung erhöht. Daher ist der Einsatz von C22 nur bei Verwendung nicht ausreichend hochfrequenter Transistoren (Serie KT818, KT819) gerechtfertigt; in anderen Fällen sollte die Kette R34, C22 ausgeschlossen werden. Somit ist das Signal am Ausgang des UMZCH (Punkt C) tatsächlich ein zusammengesetztes Signal. Signale im Betriebsfrequenzband gelangen über die Sekundärwicklung T1 zum Ausgang des ULF. und das Kompensationssignal zur Unterdrückung der ULF-Verzerrung bei hohen Frequenzen erfolgt über die Transistoren VT1, VT2 und den Transformator T1. Die sequentielle Verstärkung aller Kanäle (DA2, DA1, ULF) bei einer Frequenz von 20 kHz erreicht 160 dB. was den Fehler mit dem eingeführten FOS auf einen Wert von weniger als 0,0001 % reduziert. Die Kleinheit dieses Fehlers (Signalpegel am Punkt A) kann nach seiner Verstärkung durch den HF-Operationsverstärker DA2 (am Punkt D) mithilfe der den Lesern der Zeitschrift bekannten Methode von I. T. Akulinichev [3] visuell beurteilt werden. Aufgrund des großen Verstärkungsspielraums innerhalb der Rückkopplungsschleife ist der Fehler jedoch sehr gering (weniger als 1 mV) und nahezu linear. Allerdings müssen Sie hier auf den Grad der Interferenzen und parasitären Verbindungen in den Signalkreisen achten, auch über gemeinsame Leitungen. Beispielsweise erzeugt der Strom im OOS-Schaltkreis (durch die Elemente C1, C2, R2 – R5) mit einer Frequenz von 20 kHz einen Spannungsabfall auf dem SCR-Kabel in Höhe von mehreren Mikrovolt in Bezug auf den Präzisionsschaltkreis OP1. Diese Anregung am SCR erfolgt linear und stellt keine Gefahr dar. Doch trotz der Knappheit erhöht der tausendfach verstärkte Tonabnehmer den Signalpegel am Ausgang des Operationsverstärkers DA2 deutlich. Um die Größe des Fehlers in der CNF-Schaltung korrekt zu beobachten, sollte für alle Stufen ein gemeinsamer Draht verwendet werden, indem OP1-OP4 an OP5 angeschlossen wird, und ein zusätzlicher Verstärker um 20 ... 40 dB. Oszillogramme eines Sinussignals mit einer Frequenz von 20 kHz sind in Abb. dargestellt. 4 während des Betriebs von UMZCH mit Ausgangsleistung Pout = 75 W; von oben nach unten: Ausgang DA2 (Punkt D) bei einer Skalenteilung von 1 mV, Ausgang DA1 (Punkt B) - bei einer Skalenteilung von 0,5 V. Hochfrequente Störungen am Eingang des Verstärkers werden durch den R1C1-Filter gedämpft und sein Kondensator ist auch in der RF-OOS-Schaltung enthalten (R2 / R3 = C2 / C1). Die niederohmige OOS-Schaltung reduziert den Einfluss von HF-Störungen und parasitären Kapazitäten drastisch. Die Widerstände R7 und R9 erhöhen effektiv die Überlastfähigkeit von HF-Operationsverstärkern und reduzieren die HF-Verstärkung ihrer Eingangsstufen erheblich. Durch die Kombination dieser Maßnahmen wird die Intra-Loop-Verstärkung bei frequenznahen Frequenzen erheblich reduziert, wodurch die ULF-Verstärkung bei der Grenzfrequenz leistungsstarker Transistoren ausgeschlossen wird, was eine hohe Überlastcharakteristik gewährleistet. Bei Frequenzen unter 200 kHz wird die Verstärkung durch das Verhältnis (R3+R4+R5)/(R1+R2) =10 bestimmt. Die Transistoren VT8, VT9 stabilisieren den Ruhestrom der Ausgangsstufe [3] nach dem Kriterium der Stabilisierung der Vorspannung an den Basen der Ausgangstransistoren. Im Falle einer Stromüberlastung blockieren die Transistoren VT5 und VT20-VT22 den ULF (VT10-VT19) für acht Zyklen des Generators, der an den Elementen DD1 1-DD1 3 erzeugt wird (d. h. für etwa 30 ms).
Die Steuerung und Abstimmung des UMZCH sollte im 100-MHz-Band erfolgen. Dazu empfiehlt es sich, die Grenzfrequenz der OOS-Schleife zu erhöhen, indem man den Widerstandswert der Widerstände R1 und R4 + R5 halbiert. Anschließend steuern sie durch Ausschalten von DA2 (dazu genügt es, einen der Anschlüsse von R10 abzulöten) am Punkt C den monotonen Abfall seines Frequenzgangs bei Frequenzen über 1 MHz. Reduzieren Sie ggf. die Verstärkung des Hauptkanals DA1 durch Erhöhen des Widerstands R9. Dann wird am Eingang ein „Mäander“-Pulssignal mit einer Frequenz von 250 kHz mit einem Spannungshub von 0,5 V angelegt. Es macht keinen Sinn, a zuzuführen höherer Signalpegel, da die Ausgangsleistung des UMZCH bei Frequenzen über 250 kHz stark ist, hängt von der Leistung der Ausgangsstufe des Hauptverstärkungskanals (VT1, VT2) ab. In diesem Fall sollte das vorverzerrte Signal vom DA1-Ausgang (Punkt B) als das aussagekräftigste angesehen werden, bei dem es sich tatsächlich um ein mehrfach verstärktes Signal des OOS-Tracking-Loop-Fehlers handelt. Das Signal am Punkt B sollte einen Impulscharakter mit einer Form nahe dem Exponenten haben. Bei richtiger Einstellung sollten die Impulse relativ kurz sein, ihre Fronten sollten steil sein und die Abfälle sollten sanft und glatt sein. Auf keinen Fall dürfen in deren Oszillogrammen Resonanzen oder Brüche zu beobachten sein. Impulssignale an verschiedenen Punkten des UMZCH, gemessen bei einer doppelten Grenzfrequenz, sind in den Oszillogrammen von Abb. dargestellt. 5, beim Arbeiten an einer ohmschen Last mit einem Widerstand von 4 Ohm - auf den Oszillogrammen von Abb. 6; beim Arbeiten an einer Blindlast (Kondensator mit einer Kapazität von 1 μF) - auf den Oszillogrammen von Abb. 7. Entsprechend von oben nach unten: DA2-Ausgang (Punkt D) bei einem Teilungswert von 0,2 V, DA1-Ausgang (Punkt B) bei einem Teilungswert von 2 V, UMZCH-Ausgang (Punkt C) und ULF-Ausgang (Punkt E) bei einem Teilungswert von 5 V beträgt die Abtastgeschwindigkeit für diese Wellenformen 1 µs.
Passen Sie bei Bedarf zunächst die Verstärkung und Korrektur des ULF (Elemente R35, R34, C22, C25), den Signaldämpfungskoeffizienten des Prioritätsgeräts (R23, R32, C20, C21) und dann das Anpassungsgerät an ( C7, C8 und R22, C9 und R27, T1), ausgenommen der oszillierende Prozess der Signalerzeugung am Ausgang von DA1 (Punkt B). Als nächstes schließen Sie den Widerstand R10 an und wählen ihn nach dem Kriterium der minimalen Amplitude der Impulse am Ausgang von DA2 mit einer hohen Linearität (Glätte) des letzteren aus. Danach wird der Nennwert um 10 ... 20 % erhöht und auf die Platine gelötet. Der Ruhestrom der ULF-Ausgangsstufe wird durch Auswahl des Widerstands R100 auf einen Pegel von etwa 48 mA geregelt, der ULF-Sperrstrom (8 A) beträgt R63 bzw. der Ruhestrom des Transistors VT1 (200 mA) beträgt R25. Und schließlich wird der Betrieb des UMZCH auf das Fehlen einer ULF-Anregung bei Überlastung mit einem großen Eingangssignal im Bereich von 30 ... 300 kHz überprüft. Die Erregung des ULF weist auf seine sehr niedrige Geschwindigkeit und Überlasteigenschaften, eine große Verstärkung von F^, eine zu hohe Grenzfrequenz der NF-Schleife oder eine unzureichende Priorität des Hauptkanals hin, was bei einem Komponentenwechsel möglich ist. Nach der Abstimmung wird die Grenzfrequenz der CNF-Schleife wiederhergestellt. Aufbau und Details Es ist der Hauptkanal, der die Verzögerungszeit der OOS-Tracking-Schleife, die Verstärkung bei hohen Frequenzen und damit die Wirksamkeit der Unterdrückung verschiedener Arten von parasitären Resonanzen und Verzerrungen bestimmt. Daher werden an DA1 die höchsten Anforderungen gestellt: Es muss hochfrequent sein, d. h. es muss mit einem hohen HF-Signalpegel und einer Standardlast von 50 Ohm ordnungsgemäß funktionieren. Auch an den Transistor VT1 werden hohe Anforderungen gestellt, was ebenfalls eine Zeitverzögerung mit sich bringt. Daher muss es hochfrequent sein (z. B. aus der Serie KT922, KT925) und sein Strom reicht aus, um mit dem Operationsverstärker DA1 zu arbeiten. Aufgrund des relativ kleinen Stroms VT1 (200 mA) muss die UMZCH-Lastimpedanz bei Frequenzen über 1 MHz größer sein und das Vorhandensein eines Filters (Induktivität L1) ist zwingend erforderlich. Ein weiterer Zweck von L1 besteht darin, den Durchgang hochfrequenter Schwingungen vom Wechselstrom zum UMZCH-Ausgang (zu Punkt C) und weiter zum OOS-Schaltkreis zu blockieren. Aufgrund der sehr hohen Häufigkeit des Schließens der CNF-Schleife sollte die physikalische Länge des Hauptverstärkungskanals und der CNF-Schaltung auf der HF minimal sein und bei der Implementierung sollten die Anforderungen an HF-Geräte berücksichtigt werden. Die Anforderungen an den Operationsverstärker DA2 sind weniger streng, es sollte jedoch betont werden, dass es der Operationsverstärker DA2 ist, der als Vorverstärker den Rauschpegel, die Interferenzen, die Präzision des OOS usw. bestimmt. Infolgedessen ist er verpflichtet, unter „Treibhausbedingungen“ zu arbeiten. Die Bedingungen sind wie folgt: das Vorhandensein eines relativ hochohmigen Widerstands im Eingangskreis (R7), der die Überlastung des Operationsverstärkers bei Frequenzen nahe der Frequenz Fzam verhindert; Betrieb der Ausgangsstufe des Operationsverstärkers im Low-Signal-Modus der Klasse A; das Vorhandensein einer separaten Stromversorgung oder von RC-Filtern in den Stromkreisen, um Störungen zu reduzieren. Bei der Konstruktion ist es wichtig, separate gemeinsame Leitungen zu haben: Signal OP1 und Stromkreis OP2. „Die Frage nach der „Masse“ ist sehr wichtig, da das Signal in den Verstärkerstufen in Bezug auf die gemeinsame Leitung bestimmt wird [8]. Die Induktion niederfrequenter Störungen auf dem Signalteil bzw. der gemeinsamen Signalleitung ist eigentlich identisch Daher müssen die Schaltkreise OP1-OP4 im Schirm liegen (es ist auch ein Draht OP5) und unbedingt aus separaten Drähten bestehen. Die Kaskade am Operationsverstärker DA2 sollte ebenfalls abgeschirmt sein. Die Widerstände R16-R20 sorgen für einen kürzeren Stromkreis Pfad für hochfrequente Ströme unter Umgehung des gemeinsamen Punkts zum Schließen aller OPs zum UMZCH-Gehäuse. An die Qualität des Kondensators C2 werden hohe Anforderungen gestellt, da an ihm die gesamte ULF-Ausgangsspannung anliegt. Daher muss es eine geringe Stromaufnahme und eine Nennspannung von mindestens 250 V haben (von nicht mangelhaften – KSO, SGM); Kondensator C1 ist wünschenswert, die gleiche Gruppe zu verwenden. Eingangskreiswiderstände und OOS (R1-R5) – MLT oder OMLT. Kondensatoren C7-C9 im passenden Gerät - K73-17 oder Keramik mit kleinem TKE. Es ist zu beachten, dass sich die Transistoren VT8, VT9 in unmittelbarer Nähe zu VT6, VT7 und VT10-VT13 befinden müssen, um eine Erregung auszuschließen. Wenn der Verstärker erregt ist, wird empfohlen, die Widerstandswerte der Widerstände R47-R49 und R51, R53 zu verdoppeln oder eine ähnliche Vorspannung wie in [4] anzulegen. Es gibt keine weiteren Anforderungen an die ULF-Elementbasis, daher ist ihre Implementierung auf Basis anderer Schemata möglich. Allerdings sollte einer fortschrittlicheren (d. h. breitbandigen und mehrkanaligen!) Schaltung und Elementbasis der Vorzug gegeben werden. Auf keinen Fall sollte die Verstärkung aufgrund ihrer Überlastungseigenschaften erzwungen werden. Es ist zulässig, die Ausgangsleistung des UMZCH ohne Änderung der Schaltung auf bis zu 120 W zu erhöhen, indem die Transistoren KT14, KT9 in der VT8101-VTT8102-Kaskade verwendet und der Kollektorstrom VT1 auf 250 mA erhöht werden. Wie oben erwähnt, kann ULF in einem Abstand von bis zu 40 cm (mit den angegebenen Komponentenwerten) vom UMZCH-Hauptkanal entfernt werden. Für den Autor beträgt bei einer Steckbrettversion die Länge der Drähte vom Widerstand R23 und vom Transformator T1 zum ULF 30 cm, umgekehrt beträgt die Länge der Leiter vom Emitter VT1 bis R23 und von den Elementen C7, R22 zum Transformator T1 sollte minimal sein. Die Spulen LI, L2 sind auf einen Rahmen mit einem Durchmesser von 12 mm gewickelt und enthalten 11 Windungen SEW-Draht mit einem Durchmesser von 1 mm. Der Transformator T1 ist auf denselben Rahmen gewickelt. Die Primärwicklung enthält 30 Windungen PEV 0,3, die Sekundärwicklung 15 PEV 1 mm. Es empfiehlt sich, die Primärwicklung zwischen ihren Windungen mit einem Doppeldraht über die Sekundärwicklung zu wickeln. Noch besser ist es, den Transformator mit einem Bündel von 10-12 PEV-Drähten 0,3 ... 0.4 mm zu wickeln, von denen zwei in Reihe geschaltet die Primärwicklung (30 Windungen) bilden und die restlichen parallel geschalteten Drähte die Sekundärwicklung (15 Windungen) . Natürlich sollte ein hochwertiger UMZCH über eine Anzeige der Strom- und Spannungsüberlastung des Verstärkers, eine Vorrichtung zur Stabilisierung des „Nullpunkts“ am UMZCH-Ausgang, eine Kompensation des Leitungswiderstands und einen Lautsprecherschutz verfügen [4, 8]. Abschließend möchte der Autor A. Sitak (RK9UC) für seine Unterstützung bei der Erstellung dieses Artikels danken. Literatur
Autor: A.Litavrin, Berezovsky, Gebiet Kemerowo
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