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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA UMZCH sin retroalimentación general. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Amplificadores de potencia de transistores La UMZCH propuesta se construye sin retroalimentación general. Repetidamente, comparando el método de escucha, la calidad de diferentes transistores UMZCH con OOS, tuve que pensar en cómo mejorar su capacidad para transmitir una imagen completamente escénica y hacer que la localización de las fuentes sea más natural. El resultado de búsquedas en esta dirección fueron las soluciones del circuito UMZCH, en el que o no hay protección ambiental o es local. En mi opinión, hay dos razones principales para la violación de la naturalidad de la imagen musical. En primer lugar, esta es la introducción de distorsiones de fase en la señal y la expansión del espectro de distorsiones en el UMZCH desde 00С: para transmitir un sonido más brillante o más suave, el equilibrio entre los armónicos es importante. En segundo lugar, el control de la tensión de la señal suministrada al altavoz se presenta como "violencia" sobre el sistema de altavoces. De hecho, inicialmente, al grabar fonogramas, el sonido se percibe como un nivel de presión, es decir, como potencia en su cálculo integral. Y en consecuencia, al reproducir fonogramas, el amplificador debe transmitir la potencia de la señal, y no solo los valores instantáneos de corriente o voltaje. Bajo esta condición, se introduce menos distorsión en la señal de salida, lo que tiene un efecto muy favorable en la precisión de la transferencia de la imagen del escenario. Dejé de medir los parámetros técnicos de mi UMZCH hace cinco años, porque al escuchar repetidamente amplificadores hechos a la medida, nadie daba preferencia a uno u otro parámetro técnico. El criterio principal es una evaluación subjetiva de las propiedades de cada amplificador, y el hecho de que los amplificadores pueden diferir significativamente según este criterio es conocido, quizás, por todos. Entonces, teniendo en cuenta las evaluaciones subjetivas de las propiedades del UMZCH, la opción propuesta será un excelente reemplazo para muchos amplificadores industriales. La repetibilidad del diseño se probó en cuatro muestras de un amplificador estéreo similar. Principales parámetros técnicos
La potencia máxima en una carga de 4 ohmios está limitada por el dispositivo de protección actual. Para controlar la escucha con este amplificador se utilizó un reproductor de CD DENON DVD 700 y un sistema de parlantes Monitor Audio Silver 81, en la ruta de control se usó un amplificador ARCAM "Diva A-75S". Al reproducir la banda sonora del CD "Dark Side of the Moon" (Pink Floyd), el helicóptero fantasma se elevó un metro por encima del sistema de altavoces y voló sobre él, y no de un altavoz a otro, como suele ocurrir con la mayoría de los amplificadores. Las imágenes escénicas y musicales de las grabaciones en vivo también se transmiten con bastante naturalidad.
Sobre el circuito amplificador El diagrama de un canal UMZCH se muestra en la fig. 1. Etapa de entrada: diferencial en los transistores VT1, VT5 y VT2, VT6 con fuentes de corriente estables en VT3, VT4. A esto le sigue un amplificador de voltaje con transistores VT7, VT9, VT11 y VT8, VT10, VT12, cuya peculiaridad es que los transistores no se saturan en la amplitud máxima del voltaje de salida debido a los diodos VD3, VD4. En el modo de limitación de amplitud para el voltaje de la señal de salida, la corriente base de los transistores amplificadores de voltaje VT7, VT9, VT11 y VT8, VT10, VT12 está limitada y operan en un modo que excluye el modo de saturación. Esto asegura que no haya demora en salir de la limitación de la señal de salida por el voltaje de suministro. Los transistores están conectados en paralelo para aumentar la corriente de activación de la puerta de los transistores de salida. Esto permitió obtener la amplitud máxima correspondiente a 8 V eff de la salida del UMZCH a una carga de 30 ohmios. señal sinusoidal sin distorsiones hasta 200 kHz (frecuencia máxima del generador). Una señal de retroalimentación actúa desde la salida del amplificador de voltaje a través del divisor R15R17R18. Como se puede ver en el diagrama, no hay capacitores correctivos en el amplificador. Esto fue posible porque la etapa de salida está excluida del circuito de retroalimentación y la estabilidad del amplificador aumentó drásticamente. La etapa de salida es un seguidor de voltaje fabricado con transistores de efecto de campo complementarios de HITACHI. Presenta la misma impedancia de salida y distorsión armónica simétrica para la señal positiva y negativa. La mayoría de los transistores complementarios difieren en muchos aspectos, incluidos los parámetros dinámicos. Por tanto, en amplificadores sin realimentación común, se produce una pronunciada asimetría de no linealidad, especialmente a altas frecuencias; en el más bajo, está asociado con diferentes propiedades termodinámicas de los transistores. Por el contrario, un amplificador de un solo extremo tiene un espectro armónico casi igual en ambas partes de la respuesta de amplitud (voltaje de señal positivo y negativo), aunque este parámetro suele ser numéricamente superior al 1 %, ¡y aun así suena bien! En este amplificador, apliqué una solución de diseño de circuito en la que dos transistores de diferente conductividad con la misma corriente de drenaje trabajan en una etapa de salida push-pull en cualquier momento. Hizo posible reunir los espectros de armónicos para señales en diferentes partes de la característica de amplitud, y esto se logró sin un circuito de puente en cascada. Un poco más sobre las preferencias subjetivas implícitas. Un amplificador con un OOS común percibe perturbaciones de carga reactiva, así como efectos acústicos externos en el sistema de movimiento de la cabeza del altavoz, controlando el voltaje de salida. En la práctica, la reproducción de sonido con un amplificador de este tipo a menudo se expresa por el espacio "vacío" del escenario de sonido entre los altavoces y su centro. Se llevó a cabo un experimento sencillo. Se conectaron en serie resistencias con una resistencia aproximadamente igual a la mitad de su impedancia con los parlantes AC, luego de lo cual se escuchó con un amplificador con un OOS general de aquellos fonogramas donde se manifiestan con mayor claridad las "caídas" en el escenario sonoro. El resultado de escuchar confirmó la suposición: tal efecto es mucho más notable con un amplificador con retroalimentación común sin resistencias adicionales. La etapa de salida propuesta proporciona un bajo factor de amortiguamiento Kд=Rн/RO, aquí la impedancia de salida es de 2 ohmios. Esto fue posible debido a la conexión en serie de los transistores de la etapa de salida y, como resultado, la pendiente del transistor potente equivalente se redujo a la mitad. Tal impedancia de salida, en ausencia de un OOS común, permitió mejorar la localización de fuentes de sonido virtuales, y para esto es necesario transmitir la fase de la señal de la manera más correcta posible. En este caso, la velocidad de respuesta de la señal de salida es importante. Con base en la medición de parámetros reales de cabezas dinámicas de alta frecuencia, se obtuvieron los siguientes resultados: Rк\u4.5d 12.2-XNUMX ohmios; Lk=0.16-0.33 mH. Para la cabeza de frecuencia más alta, los valores específicos corresponden a la constante de tiempo t=Lk/Rk\u0.00027d 12.2 H / 0.000022 Ohm \uXNUMXd XNUMX s, y la frecuencia de corte de dicho convertidor es fcf.=ω/2π=7191 Hz. Por encima de esta frecuencia, el cabezal dinámico funciona como un filtro de paso bajo e introduce distorsiones de fase notables en la señal transmitida. Los desarrolladores de altavoces prestan especial atención a la selección de cabezales y filtros dinámicos con los mismos parámetros. Para que el amplificador no tenga un efecto significativo en las propiedades de frecuencia de la ruta de reproducción del sonido, su frecuencia operativa máxima debe exceder la frecuencia de corte del cabezal HF en un orden de magnitud, en este caso 71910 Hz, y la velocidad de respuesta SR = 29,3 V/µs a 65 V. discos con DAC sin sobremuestreo): SR'=65πfmaxUcarga\u2d 3.14 * 24100 * 65 * 9.8 \u2d 3.14 V / μs. El amplificador proporciona una velocidad de respuesta de la señal de salida no inferior a SR=200000*30*1.41*(53*20)=200 V/µs. Por lo tanto, el amplificador puede funcionar con altavoces que tienen una respuesta de frecuencia extendida (por encima de XNUMX kHz). La estabilidad a alta temperatura de la etapa de salida no requiere el uso de medidas para la estabilización adicional de la corriente de reposo; con una carga activa, su respuesta de frecuencia es lineal hasta XNUMX kHz. El esquema del nodo de protección de CA es clásico y probado repetidamente. Cuando se aplica energía, hay un retraso para conectar la carga por 10 s (se puede cambiar seleccionando las resistencias R32, R33). Si hay un componente constante en la salida del amplificador de más de ±0,6 V, la carga se desconecta abriendo los contactos del relé. Cuando se apaga la alimentación, la CA se apaga en 0,2 s. La protección contra sobrecargas de corriente en el amplificador se basa en limitar la corriente de drenaje de transistores potentes limitando el voltaje en las puertas con diodos zener y diodos VD13, VD14 y VD15, VD16; así, la corriente máxima a través de los transistores de salida no supera los 7 A. Cabe señalar que estos elementos pueden introducir distorsión a frecuencias superiores a los 100 kHz, por lo que no se recomienda instalarlos innecesariamente. La descripción de los transistores indica la presencia de un diodo zener de dos ánodos incorporado en el circuito de fuente de compuerta a 15 V, lo que le permite proteger la compuerta contra rupturas en amplitudes más altas del voltaje de control. Ganancia de voltaje de circuito abierto del amplificador Ku=1+(R17/2R15)=51(34 дБ).
(haga clic para agrandar) Diseño de amplificador Estructuralmente, el amplificador está hecho en una placa de circuito impreso con dimensiones de 160x100 mm. Los dibujos de PCB y las ubicaciones de los componentes se muestran en el arroz Xnumx. La placa contiene todos los elementos del amplificador y el rectificador de la fuente de alimentación. Los cables de los circuitos de potencia y carga, así como el circuito de entrada, están conectados a él. Los transistores se presionan contra el disipador de calor directamente a través de la placa. Esta solución la he utilizado en mis diseños durante más de 10 años. Esto le permite mantener todas las comunicaciones al mínimo. Como disipador de calor, se utiliza cualquier superficie metálica plana, por ejemplo, cajas; la ubicación y la fijación del tablero en sí tampoco son difíciles. Cabe señalar que el cable común del circuito de entrada no está conectado en la placa al cable común de la fuente de alimentación. Esto se hace para poder conectar los cables comunes de los circuitos correspondientes en un punto común (estrella) de un sistema multicanal para reducir el nivel de interferencia. En ausencia de tal necesidad, es posible hacer un puente flotante entre el punto de salida para contactar X2 y el conductor adyacente del cable común. El preamplificador se alimenta de una fuente separada con un voltaje que excede el voltaje de suministro de la etapa de salida en 10 ... 25 V. Esto proporciona un uso más completo del voltaje y elimina la penetración de la señal de salida en otras etapas a lo largo de los circuitos de potencia. En la etapa de salida, puede dejar un transistor cada uno, en cuyo caso la impedancia de salida del amplificador será de 1 ohmio, mientras que debe reducir la cantidad de diodos en el circuito de polarización a tres o cuatro, o conectar dos transistores en paralelo al brazo; luego, la resistencia de salida del amplificador será igual a 0,5 ohmios y la corriente de salida máxima aumentará a 14 A. En este caso, nuevamente, debe reducir la cantidad de diodos en el circuito de polarización a tres o cuatro. Para los casos de conexión en paralelo o en serie de transistores de salida, hay lugares para puentes en la placa desde el lado de montaje, simplemente se cierran soldando de acuerdo con el esquema de conexión seleccionado. El voltaje de suministro de la etapa de salida para operar con una carga de 8 ohmios, no más de 2x70 V con una potencia de carga de hasta 190 W; para 4 ohmios - 2x40 V a una potencia de hasta 100 vatios. Cuando dos transistores se conectan en paralelo en el brazo, la potencia con una carga de 4 ohmios alcanza los 350 W con una tensión de alimentación de 2x65 V. Los valores máximos de la tensión de CA de los devanados del transformador de red indicados en el diagrama corresponden a tensiones de 2x40 V para alimentar la etapa de salida y un poco menos de 2x70 V para las etapas preliminares. Cuando los transistores de efecto de campo se conectaron en serie, el resultado auditivo subjetivo fue el más favorable y se observó que el carácter del sonido tenía características inherentes a los amplificadores de válvulas. Los transistores de potencia en paralelo son especialmente útiles en un amplificador de subwoofer con un altavoz de tipo cerrado con un tiempo de retardo bajo: el sonido de dicho subwoofer complementa perfectamente el escenario de sonido. Usé un transistor por brazo solo en los amplificadores de mi automóvil; su gran calidad les permitió llevarse cuatro premios (dos de ellos primeros) en el concurso car audio de 1992. Después de ensamblar la placa, debe configurar la corriente de reposo de la etapa de salida mediante un conjunto de la cantidad requerida de diodos en el circuito VD5-VD12. Para hacer esto, es suficiente suministrar energía a las etapas preliminar y de salida. Los transistores de la etapa de salida deben presionarse contra el disipador de calor a través de material aislante eléctrico conductor de calor. Se pueden dejar dos diodos en el circuito de polarización para las etapas simple y paralela, y cuatro para la serie. Después de eso, al aumentar su número, se establece la corriente de reposo seleccionada. Para mostrar los matices de reproducción, recomiendo elegir una corriente de reposo en el rango de 200 ... 500 mA, depende del área del disipador de calor utilizado y la eficiencia de su enfriamiento. No se requieren medidas adicionales para estabilizar la corriente de reposo. El punto muerto para el cambio en la temperatura del cristal está en una corriente de reposo de aproximadamente 100 mA y un voltaje de fuente de compuerta de 0,6 V. Después de establecer la corriente de reposo, es necesario minimizar el voltaje de CC en la salida del amplificador. Dado que no hay capacitor en el circuito de retroalimentación, la ganancia para los voltajes de CA y CC es igual. La consecuencia de esto puede ser un pequeño voltaje de CC en la salida del amplificador. La práctica ha demostrado que en la salida de dicho amplificador solo se encuentra un voltaje positivo de hasta 1,5 V. Para ajustar el modo, apague los fusibles en el circuito de suministro de energía de la etapa de salida y aplique energía al preamplificador. La cascada se equilibra eligiendo el punto de conexión de la resistencia superior R17 según el circuito de salida con los diodos VD5-VD12 del circuito de polarización: cuanto más bajo se seleccione el punto de puente de diodo según el circuito, mayor será la compensación del componente constante. Al medir el voltaje en los colectores de los transistores VT11 y VT12 con un multímetro en relación con el cable común, logran su igualdad en valor absoluto. Para tal configuración, la placa prevé la instalación de puentes flotantes, cuando los conductores seleccionados se cierran con una gota de soldadura en el circuito deseado (esto solo se puede hacer cuando la placa se retira del disipador de calor). Pero la resistencia R17 también se puede soldar desde el costado de las piezas directamente a la salida de uno de los diodos sin quitar la placa del disipador de calor, y la corriente de reposo se puede ajustar cerrando los diodos en la placa con trozos de alambre del costado de los elementos. Esto completa el ajuste del amplificador. En la entrada del amplificador, puede instalar un condensador de aislamiento C16 de 1 μF (que se muestra solo en la placa), por ejemplo, el grupo K73-17, pero esto generalmente no se requiere en los centros de música estacionarios. El relé instalado en la placa de circuito impreso es WJ113A, WJ113-2C para un voltaje de 12 o 24 V u otro diseño similar para una corriente de al menos 16 A, por ejemplo, de TTI. Los diodos en el circuito de polarización se pueden configurar a cualquier alta frecuencia. Los diodos zener domésticos también son aplicables, por ejemplo, KS215Zh, KS218Zh, KS515G, KS509A-KS509V. Todas las piezas utilizadas en el amplificador (excepto los transistores de salida) se venden libremente en muchas empresas que venden componentes de radio. La documentación para transistores de salida en formato PDF se puede encontrar fácilmente en Internet en los sitios web de empresas nacionales que venden componentes de radio. Autor: A. Grigoriev, Tomsk. Radio N° 1, 2007; Publicación: cxem.net
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