Verbesserung der Parameter des Verstärkers auf dem K174UN7-Chip. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Transistor-Leistungsverstärker

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Das ständig wachsende Angebot an spezialisierten Mikroschaltkreisen dürfte die Kreativität von Funkamateuren einschränken. Tatsächlich werden solche Mikroschaltkreise von ihren Entwicklern normalerweise darauf ausgerichtet, eine bestimmte Aufgabe in elektronischen Geräten oder bestenfalls einen engen Bereich von Aufgaben zu lösen. Aus diesem Grund scheinen Funkamateuren und Funkdesignern nur noch kreative "Spiele mit Würfeln" übrig zu bleiben - um Knoten auf Mikroschaltkreisen zu kombinieren, die nach typischen Schaltschemata zusammengesetzt sind.

Der Geist der Rubrik „Funkamateur macht Experiment“, die früher mehr oder weniger regelmäßig auf den Seiten unseres Magazins erschien, stirbt jedoch nicht in den Herzen unserer Leser. Ein Beweis dafür ist der hier veröffentlichte Artikel von V. Gromov und A. Radomsky, der unserer Meinung nach nicht nur von Funkamateuren, sondern auch von Fachleuten - sowohl Geräteentwicklern als auch Mikroschaltungsentwicklern - beachtet werden sollte. Wir warten auf ihre Reaktionen auf diese Veröffentlichung - schließlich ist der K174UN7-Chip in Haushaltsfunkgeräten sehr weit verbreitet.

Nun, wir appellieren an alle Leser mit einem Vorschlag, Experimente sowohl zur Verbesserung typischer Schaltkreise für spezialisierte ICs als auch zu ihrer Verwendung in nicht standardmäßigen Schaltkreisen (Implementierung neuer Funktionen usw.) durchzuführen. Nachdem Sie jedoch einen interessanten positiven Effekt erhalten haben, beeilen Sie sich nicht, an den Herausgeber zu schreiben: Überprüfen Sie die Reproduzierbarkeit an mehreren Kopien von Mikroschaltungen.

Derzeit werden Audiofrequenz-Leistungsverstärker (UMZCH) von kleinen Funkgeräten häufig auf der Grundlage eines spezialisierten integrierten Schaltkreises (IC) K174UN7 [1] gebaut. Seine Anwendung wäre jedoch zweifellos noch breiter, wenn es nicht große nichtlineare Verzerrungen gäbe (in einer typischen Verbindung - bis zu 10% bei einer Ausgangsleistung von 4,5 W bei einer Frequenz von 1 kHz und einer Versorgungsspannung von 15 V) und in manchen Fällen nicht hoch genug Eingangsimpedanz (50 kOhm). Es ist daher nicht verwunderlich, dass Funkamateure nach Möglichkeiten suchen, nichtlineare Verzerrungen zu reduzieren, und beispielsweise vorschlagen, die Spannungserhöhungsschaltung durch einen Stromstabilisator auf der Basis eines Feldeffekttransistors zu ersetzen [2]. Leider hat die Überprüfung der in [2] vorgeschlagenen Empfehlungen gezeigt, dass ihre Umsetzung weniger zu einer Verringerung der Verzerrung als zu einer Verringerung der an die Last gelieferten maximalen Leistung führt.

Beim Testen mehrerer Exemplare des IC K 174UN7 stellte sich heraus, dass sich die charakteristischsten Verzerrungen seiner Ausgangsspannung in der "Abrundung" oder expliziten Begrenzung der negativen Halbwelle des Signals manifestieren. In dieser Hinsicht ist die Wirksamkeit einer solchen Maßnahme wie der Regelung des IC-Modus für Gleichstrom, der in einigen Industriegeräten verwendet wird, durch Anlegen einer Spannung an seinen Ausgang 7 (über einen Widerstand mit einem Widerstandswert von 3 ... 6,8 kOhm) einstellbar Teiler wurde getestet. Der Test zeigte, dass auch diese Maßnahme den Oberwellenanteil praktisch nicht reduziert und die unverzerrte Ausgangsspannung nicht erhöht, sondern nur symmetrisch begrenzt werden kann.

Die UMZCH-Variante, zusammengebaut nach dem Schema in Abb. 1 hat deutlich bessere Eigenschaften als der typische auf dem angegebenen IC. Einer der Unterschiede zum Standard ist ein zusätzlicher OOS durch den Widerstand R6.

Das direkte Anschließen des letzteren an den Lautsprecherkopf reduziert den ungleichmäßigen Frequenzgang und die nichtlineare Verzerrung aufgrund des Vorhandenseins des Kondensators C9. Bei dem im Diagramm angegebenen Widerstandswert des Widerstands R6 beträgt die Versorgungsspannung 15 V und die Ausgangsleistung 4 W (bei einer Last mit einem Widerstand von 4 Ohm), die Nenneingangsspannung des Geräts beträgt 120 mV.

Um die Anzahl der Werte zu reduzieren, wurde außerdem die Kapazität des Oxidkondensators C3 im OOS-Schaltkreis auf 100 μF reduziert (die Ungleichmäßigkeit des Frequenzgangs im Frequenzbereich 40...20 Hz überschreitet nicht 000 dB).

Der Hauptunterschied zwischen diesem UMZCH liegt im Widerstandswert des Widerstands R2 (in einer typischen IC-Verbindung beträgt er 47 kOhm). Während der Experimente wurde festgestellt, dass dieser Widerstand einen sehr signifikanten Einfluss auf die Verzerrung hat, und durch seine Auswahl können Sie die Ausgangsspannung des UMZCH erheblich erhöhen. (Von den zehn getesteten ICs erforderten nur zwei keine Auswahl des R2-Widerstands, d. h. eine Änderung seines Widerstandswerts relativ zum typischen; der Widerstandswert der Widerstände für den Rest der ICs variierte innerhalb von 0,1 ... 1 MΩ.) .

Auf Abb. Abbildung 2 zeigt die Abhängigkeit der maximalen Ausgangsleistung Pmax und des Oberwellenkoeffizienten Kg von der Versorgungsspannung Upit (Verzerrungen wurden bei Pmax entsprechend der gegebenen Spannung Upit gemessen). Die Parameter wurden bei einer Frequenz von 1 kHz mit zwei Widerstandswerten des Widerstands R2 bewertet: typisch (47 kOhm) und optimiert für maximale Leistung (750 kOhm). Die Leistung Pmax wurde durch die maximale Ausgangsspannung bestimmt, auf deren Oszillogramm die Verzerrungen für das Auge noch nicht sichtbar waren (was diese Verzerrungen in Wirklichkeit waren, zeigen die Kg-Kurven).

Abb. 2

Wie aus Abb. 2, bei Upit = 15 V war es durch Auswahl des Widerstands R2 möglich, Pmax um 1,5 W zu erhöhen, während der harmonische Koeffizient um fast das 3,5-fache reduziert wurde, und bei Upit = 18 V - um etwa 3 W bei einer Verringerung von K, . fast dreimal. (Offensichtlich wäre bei denselben Verzerrungen der Leistungsgewinn Pmax sogar noch größer). Das erhaltene Ergebnis spricht für sich, da der getestete IC ziemlich konditioniert war: Bei Upit = 15 V, R2 = 47 kOhm und Ausgangsleistung Pout = 4,5 W überschritt sein harmonischer Koeffizient nicht 7,2 % (nach Auswahl des Widerstands R2 verringerte er sich auf 1,1 %.

Die Abhängigkeiten von Pmax (Upit) und Kg (Upit) des UMZCH mit dem optimierten Widerstandswert des Widerstands R2 (750 kOhm) wurden auch bei Frequenzen von 60 Hz und 5 kHz gemessen (Abb. 3). Die Abnahme von Pmax bei niedrigeren Frequenzen ist auf den Einfluss der Kapazität des Kondensators C9 (1000 μF) zurückzuführen. Bei einem Lastwiderstand von Rn = 4 Ohm empfiehlt es sich, die Kapazität auf mindestens 2000 μF zu erhöhen.

Abb. 3

Die in den Fign. 4 veranschaulichen die Abhängigkeit des Wirkungsgrades und des Ruhestroms I ® von der Versorgungsspannung Upit für die gleichen zwei Widerstandswerte des Widerstands R2. Es ist leicht zu erkennen, dass bei R2 = 750 kOhm auch der Wirkungsgrad steigt und bei Upit > 10 V ein spürbarer Gewinn erzielt wird.

Abb. 4

Um die tatsächliche Abhängigkeit des harmonischen Koeffizienten Kg vom Ausgangsleistungspegel Pout zu identifizieren, wurde eine IC-Kopie mit durchschnittlichen Parametern bei Upit=15 V, Rn=4 Ohm, C9=4000 μF und R2=R2opt=510 kΩ getestet (Abb. 5). Wie man sieht, ist bei Рout=4 W der harmonische Koeffizient des UMZCH, der auf dieser IC-Kopie gemäß dem Diagramm in Abb. 1, im Frequenzbereich von 60 ... 10 Hz 000 % nicht überschreitet.

Abb. 5

Die Eingangsimpedanz des K174UN7-ICs selbst wurde aus den Ergebnissen der Messung der Eingangsimpedanz des UMZCH (bei ausgeschalteter Lautstärkeregelung) berechnet, die an einer Kopie durchgeführt wurde, für die R2opt = 750 kOhm. Es stellte sich heraus, dass im Frequenzbereich von 50 ... 15 Hz der Eingangswiderstand des IC 000 MΩ übersteigt. Mit anderen Worten, der Eingangswiderstand des UMZCH ist praktisch gleich dem Widerstandswert des Widerstands R30 und kann bei Bedarf viel mehr als 2 kOhm betragen.

Beim Entwerfen eines Stereo-UMZCH kann es vorkommen, dass sich die optimalen Widerstandswerte der Widerstände R2 im linken und rechten Kanal als unterschiedlich herausstellen. Um identische Frequenzgänge zu erhalten, sollte der Ausgangswiderstand der vorherigen Stufe in diesem Fall kleiner sein als der Widerstandswert des Widerstands R2, und die Kapazität des Trennkondensators C2 sollte so sein, dass in dem Kanal mit einem niedrigeren Widerstandswert der Widerstand vorhanden ist ist kein merklicher Abfall des Frequenzgangs bei niedrigeren Frequenzen (in den meisten Fällen reicht es aus, C2 == 0,47 ... 1 uF zu nehmen).

UMZCH funktioniert gut, wenn es von einer nicht stabilisierten Quelle gespeist wird. Wenn es jedoch hauptsächlich darum geht, eine maximale Ausgangsleistung und dementsprechend eine minimale Verzerrung im Durchschnitt zu erzielen, muss ein Stabilisator mit einer Ausgangsspannung von 17 ... 18 V verwendet werden .

Es ist zu beachten, dass beim Arbeiten mit erhöhter Ausgangsleistung (bis zu 5 ... 6 W) für eine gute Wärmeableitung vom IC gesorgt werden muss, wobei in solchen Fällen die erforderlichen Maßnahmen ergriffen werden müssen, um den Wärmewiderstand zwischen seinen Platten und zu verringern der Kühlkörper. Es ist sehr wertvoll, dass Sie, da das Potenzial der IC-Platten (relativ zum gemeinsamen Draht) nahe 0 ist, als gemeinsamer Kühlkörper ohne Isolierpads ein Metallgehäuse oder andere Metallteile der Struktur verwenden können, die mit dem gemeinsamen verbunden sind (negativer) Draht und sorgen für eine effektive Wärmeableitung.

Literatur

1. Integrated Circuits: A Handbook von B. V. Tarabrin, L. F. Lunin, Yu. I. Smirnov und anderen; ed. B.V. Tarabrina.- M.: Radio and communication, 1983.
2. Filin S. Verzerrungsreduzierung in Leistungsverstärkern basierend auf ICs - Radio, 1981, Nr. 12, p. 40.

Autoren: V. Gromov, A. Radomskin, Lemberg; Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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