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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Amplificador de sonido para amantes de la música y audiófilos de Ulyanov, o cómo hacer que un amplificador de transistores sea más fuerte que uno de válvulas. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Amplificadores de potencia de transistores
¿Por qué estoy haciendo transistores? ¡Aquí hay un amplificador de válvulas para Tango con Tamura en el estante inferior del estante! Esta es una pregunta. En mis años escolares, en los albores de mi radioaficionado en la ciudad en la que vivía entonces, solo había lámparas disponibles de componentes de radio. Los transistores apenas comenzaban a entrar en el uso de radioaficionados como cosas de moda. Incluso la revista "Radio" en esos días presentaba la electrónica de transistores como algo especial. Así mismo, cuando estaba armando otra construcción de válvulas a partir de partes arrancadas de viejas radios, soñaba con armar algún día un amplificador de transistores con potencia loca y banda de frecuencia reproducible para aquellos tiempos. Y aunque han pasado una cantidad incalculable de años desde entonces, y a lo largo de los años he ensamblado amplificadores con qué potencia, al parecer es precisamente este deseo que se depositó en ese momento el que todavía no deja en paz a mi alma de radioaficionado de manera tan hechizante. lámparas luminosas. Pero basta de nostalgias, vayamos al grano de esta historia. La característica de este amplificador, a diferencia de todos los circuitos de sonido de transistores conocidos hoy en día, no es en absoluto una cascada de transistores dibujada de forma abstracta. El truco es que en este amplificador no hay un amplificador de voltaje activo habitual para circuitos de transistores y transistores de tubo. La función de amplificar el voltaje en este amplificador la realiza un componente pasivo, un transformador elevador especialmente diseñado. Dirá: mire los circuitos de los primeros amplificadores de transistores, allí no se usó ni un solo transformador. Así es, pero en esos primeros amplificadores, los transformadores solo igualaban la impedancia de las etapas del amplificador entre ellos y la carga. Y sonaban estos primeros amplificadores con transformadores a juego, si no recuerdas cómo ponerlo más fácil... Aunque les quedé agradecido a estos primeros amplificadores de transistores, porque me ponían en duda que las válvulas no eran prometedoras para el sonido. Sí, y cómo no podría haber ninguna duda en una comparación directa, completamente no especialmente organizada: en esos días, los amantes de la música escuchaban música en amplificadores de válvulas. No del todo por cierto, pero en general sobre el tema del sonido, más tarde volvimos a ser exactamente lo mismo que entonces con los transistores, criados con fuentes digitales, el progreso, ¿dónde estaría? Pero volvamos a las fichas. Entonces, la característica principal es un transformador elevador especial. Para no asustar con esta palabra al comienzo de la historia, haré una reserva de que este es un transformador especialmente diseñado para un amplificador de transistores. No para lámpara. Por lo tanto, solo una persona perezosa no puede hacerlo, sería acero eléctrico con un sonido más o menos decente con una sección transversal de más de cinco o seis metros cuadrados. centímetros. En nuestro país, eso fue en los viejos tiempos, sin duda. Pero sobre esto en un material adjunto separado sobre el cálculo de dicho transformador, en el que, si tengo tiempo, también presentaré un programa para calcular este transformador en cualquier material y tipo de núcleo que suene decente. Se trata de los caseros. El resto, que rompe cualquier trance, puede usar los ya preparados, por ejemplo, los indicados en el circuito del amplificador. Nuestros trances modernos de todo tipo de laboratorios, así como de las restantes industrias de transformadores vivos involucradas en transformadores de sonido, no los recomiendo encarecidamente. Dado que conozco la situación con nuestros materiales modernos y, lo que es más importante, con los cerebros involucrados en este campo, según el último comunicado, el mercado para nuestros equipos de sonido es casi nulo. De fabricantes extranjeros, puede encontrar, si no transformadores casi adecuados para este amplificador (mire el diagrama del circuito), luego ordene con las características deseadas. Ellos, estos fabricantes, hasta donde yo sé, incluso estarán felices por esto. Entonces, las características del transformador elevador.:
Para una prueba, aunque con un resultado de sonido no muy predecible, puede usar un transformador de un amplificador de auriculares de tubo, presentado por el devanado secundario, como un paso adelante. Al mismo tiempo, vale la pena, escuchando la respuesta de frecuencia del amplificador, jugar con una resistencia que desvía el devanado elevador. cuyo valor no puede ser inferior a 5 kOhm, hablando de pasada, sin contar. Y al calcular, debe basarse en la resistencia dada al devanado primario del transformador; debe ser de aproximadamente 40 ohmios. Pasemos al dispositivo de circuitos de amplificación de corriente de transistor. Durante mi vida como radioaficionado, probé todos los circuitos de transistores posibles, que solo se conocían, para construir etapas de amplificación de corriente. Y solo dos tipos de toda la variedad de circuitos de amplificación actuales me parecieron musicales. Uno de ellos es el que se utiliza en el circuito de este amplificador. Este es un circuito clásico elemental con una estabilidad reducida (!) de la corriente de reposo de la etapa de salida, reducida al desorganizar fundamentalmente la retroalimentación en los transistores de salida. Puede encontrar una descripción del funcionamiento de dicho circuito en cualquier libro de texto sobre circuitos de transistores. La estabilización térmica de la corriente de reposo de los transistores de salida de un circuito de este tipo se hace sencillamente sin pretensiones y, como resultado, no es muy efectiva, mediante el acoplamiento térmico entre el transistor de salida y el transistor que se encuentra en la acumulación del transistor de salida (en adelante - transistor oscilante, controlador, etc.). Debido a un mecanismo de estabilización térmica tan simplificado, la etapa de salida de un amplificador basado en dicho circuito requiere un cálculo cuidadoso de las condiciones térmicas de los transistores y un enfoque algo más serio para el diseño de disipadores de calor. Por eso, para este tipo de transistores de salida, indico valores específicos de la tensión de alimentación de la etapa de salida de amplificar la corriente de este amplificador desde diferentes impedancias de los altavoces conectados. Con respecto a este amplificador, señalaré de inmediato que su primera etapa de amplificación de corriente en los transistores Q1: Q4 también requiere la estabilización térmica de la corriente de reposo de los transistores de salida de la etapa a través del acoplamiento térmico entre ellos, colocando los correspondientes pares de transistores en uno radiador con una potencia térmica disipada de unos dos vatios. En la práctica, esta estabilización térmica se puede realizar colocando los transistores necesarios en ambos lados de la plataforma de aterrizaje de cada disipador de calor uno hacia el otro, es decir transistores de aterrizaje con orificios de montaje en un tornillo de apriete desde diferentes lados del disipador de calor. También es posible estabilizar más eficazmente la corriente de reposo de los transistores de salida. Aquellos. organización de una conexión térmica más estrecha entre transistores. Es esta solución de diseño la que uso en la etapa de salida de amplificación actual de este amplificador: los pares de transistores correspondientes se colocan cerca uno del otro en una placa hecha de un material con alta conductividad térmica, como el cobre, que ya está montado. en el disipador de calor de aluminio principal. Por lo tanto, aumentamos significativamente la eficiencia del mecanismo para estabilizar la corriente de reposo de los transistores de salida, mientras que la temperatura de los cristales del transistor disminuye entre quince y veinte grados centígrados en relación con la forma tradicional de colocar los transistores en un disipador de calor y está muy lejos. de crítico para los semiconductores. La placa de cobre del lado del disipador de calor principal debe estar estañada. Para facilitar la vida, para excluir el desacoplamiento eléctrico de los transistores ubicados en el mismo disipador de calor, la estabilización térmica de la corriente de reposo de los transistores de salida también es posible mediante el acoplamiento térmico de los transistores oscilantes y de salida de los brazos opuestos del circuito. . Pero la temperatura de los cristales, a la que se estabilizará la corriente de reposo de los transistores de salida en este caso, será más alta que la del método que uso. Y si el cálculo térmico del modo de operación del transistor es incorrecto, esta temperatura puede acercarse a la temperatura crítica para los cristales del transistor. Ahora, sobre la linealidad de amplitud del circuito del amplificador de corriente utilizado en este amplificador, generalmente se lleva a cabo ejecutando la carga de transistores oscilantes en forma de fuentes de corriente, vea la fig. 1. Pero, en lugar de palabras, el circuito amplificador operacional AD797, con la misma etapa de salida y probablemente la mejor linealidad entre los amplificadores operacionales, sería más apropiado e indicativo. Fue en esta versión clásica que utilicé un circuito de etapa de salida similar en mis amplificadores durante más de veinte años. Hace unos años discutí sobre este tema con un amigo que me convenció de probar la opción de estabilizar la corriente del transistor oscilante mediante un boost de tensión, similar al conocido esquema del 87 de la revista Radio o descrito en mi libro favorito de Tietze y Schenk de 83 sobre circuitos de transistores. Pero di este paso, teniendo en cuenta algo completamente diferente, a saber, el amplificador Quad 405 de gran sonido, que también utiliza una solución similar. Y también darse cuenta de que los condensadores para estos fines deben tener una alta calidad de sonido, es decir. impedancia lineal no resonante en una amplia banda de frecuencias. ¿Cómo podría obtener tales capacitores, comparé el sonido de la cascada con una fuente de corriente, y una vez más confirmé la corrección de mi propio enfoque en el diseño de amplificadores de transistores? Cuantos menos semiconductores se interpongan en el camino del sonido, más musical suena el amplificador. Pero, por ciertas razones, ocultó activamente el hecho de la superioridad de la variante del circuito con un aumento de voltaje hasta ahora. Diré más, como resultado de esta acción, obtuve los resultados que esperaba. Ahora pasemos al cálculo de las resistencias de carga de los transistores oscilantes, que determinan la corriente tanto de los transistores oscilantes como de los transistores de salida. En reposo, se aplica a estas resistencias la tensión base-colector del transistor de salida de la etapa. Con suficiente precisión para este cálculo, podemos tomar este voltaje igual al voltaje de suministro del brazo del escenario menos el voltaje que cae en el emisor base del transistor de salida, que es aproximadamente igual a 0.5:0.7 voltios. A continuación, debe decidir cuánta corriente debe fluir a través de los transistores de salida. En este asunto, no soy un sadomasoquista, y lo que es importante para mí no es ninguna idea eléctrica en forma de adhesión a la clase de operación de circuito de "sonido" generalmente aceptada, sino solo la suficiencia en la transferencia de musicalidad. Después de mucha experimentación con los disipadores de calor utilizados, me decidí por una corriente de reposo de 80:150 mA, según el tipo de transistores utilizados. Los transistores de diferentes fabricantes y modelos, así como las lámparas, suenan de manera diferente, incluso para cada modelo de transistor tienen un cierto valor de "sonido" de la corriente de reposo para un circuito específico de la etapa del amplificador y el disipador de calor con un valor específico de resistencia térmica . Con respecto a los transistores indicados en el diagrama y los disipadores de calor que utilicé, el valor de la corriente de reposo de los transistores de la etapa de salida fue de 130 mA. La misma corriente debe fluir a través de las resistencias calculadas. En caso contrario, aplicando la ley de Ohm, obtenemos el valor de la resistencia que carga el transistor oscilante. No me detendré en el cálculo de los detalles del circuito de aumento de voltaje, debido a la elementalidad de tal tarea, solo diré que el valor del capacitor indicado en el circuito amplificador es suficiente para el funcionamiento efectivo del circuito de aumento de voltaje en la banda de frecuencia requerida con los valores de las corrientes de reposo de los transistores de salida indicados por mí. Tampoco recomiendo usar un capacitor con una clasificación más alta, basado en consideraciones elementales para el funcionamiento de capacitores en corriente alterna. Además, para no complicar la vida una vez más, tomamos el valor de cada resistencia del circuito de refuerzo de voltaje igual a la mitad del valor de la resistencia de carga del transistor oscilante. La siguiente pregunta es sobre el voltaje de suministro de la etapa de salida de amplificación de corriente de este amplificador. Esta pregunta para este circuito de etapa de salida del amplificador es la más importante. De ello depende la estabilidad de la cascada y su sonido. Para no profundizar en estas junglas difíciles, me centraré en el hecho de que, empíricamente, en transistores con una disipación de potencia de aproximadamente 0 W, se obtuvo la siguiente dependencia para la etapa de salida de este amplificador:
En base a estos valores obtenemos los valores de cada una de las cuatro resistencias de los circuitos de aumento de voltaje para una carga de 4 ohmios igual a 100 ohmios. Para la segunda carga, brindo la oportunidad de practicar el cálculo de resistencias por mi cuenta. Después de eso, de acuerdo con las fórmulas conocidas, debe calcular el valor de potencia de estas resistencias. Eso es todo, el cálculo del amplificador está completo. Vayamos a lo más importante: constructivo. Antes de eso, otra pequeña digresión. Creo que el diseño en la tecnología de audio de transistores afecta mucho más el sonido del amplificador que en la tecnología de válvulas. Hablando ahora sobre el sonido, ciertamente me refiero a los momentos sutiles de sonido disponibles para los audiófilos y amantes de la música avanzados que también escuchan estos momentos, pero los tratan filosóficamente. Entonces, el diseño de este amplificador. En primer lugar, sin placas de circuito impreso. Solo los puntos de soldadura de montaje con bisagras se organizan en los terminales de los transistores o en los pétalos de montaje, remachados en tableros separados de material aislante. Repito una vez más: observe los puntos de soldadura y la entrada / salida de los conductores que se indican en el diagrama del circuito del amplificador, esto determina en gran medida el sonido del amplificador cuando se usan componentes de sonido. De lo contrario, no recuperará parte del dinero gastado en la compra de componentes de radio de alta calidad. Los conductores de calidad también se incluyen en los componentes de sonido de este amplificador. Puede usar cables de montaje Cardas, también puede usar nuestros cables viejos hechos de cobre sin estañar rojo oscuro suave sin aislamiento. El aislamiento se organiza más tarde, después de desoldar, por ejemplo con papel eléctrico, y donde sea razonablemente necesario. En segundo lugar, cada canal del amplificador se ensambla mediante un diseño separado, incluida la fuente de alimentación desacoplada, incluido un transformador de potencia. Y estructuralmente, las etapas de amplificación actuales tampoco se combinan. La primera etapa se ensambla en una placa de circuito separada, la etapa de salida se fabrica como una estructura tridimensional separada, cuya parte principal del cuerpo del cojinete se muestra en la Fig. 5. Esta pieza, de mayor superficie, se fija al propio chasis del amplificador mediante desacoplamiento de vibraciones. Los orificios de esta parte del cuerpo están diseñados para acomodar los capacitores C5 y C6. Encima de esta parte, con un espacio de aire de 1 cm, se unen los disipadores de calor de los transistores de salida, con las almohadillas de montaje de los transistores una frente a la otra. Los disipadores de los transistores de salida fueron diseñados específicamente para este amplificador y son radiadores de aire no ennegrecidos con un área efectiva de 490 cm^2 fabricados en aluminio, con ocho aletas de 4 mm de espesor y 45 mm de largo en un lado. La almohadilla de montaje del transistor tiene un ancho de 80 mm, una altura de 50 mm y un grosor de 10 mm. Todos los componentes restantes de la etapa de salida están ubicados entre estos disipadores y, como ya mencioné, están soldados directamente en los terminales de los transistores y la placa de montaje con pétalos, que se fija en el medio entre los disipadores en la principal caso de la etapa de salida. ¡Ahora atención! Me detendré con más detalle en los condensadores C5 y C6. Los orificios en la parte de la carcasa de la etapa de salida están diseñados para alojarlos, consulte la fig. 5. Te digo cómo debe suceder. Tomamos una lámina de cobre delgada (0.05 mm) y envolvemos los condensadores con un ajuste de interferencia varias veces. Encima del cobre ponemos un par de capas de fibra de vidrio fina también en tensión. Ya en él, enrollamos la cantidad de cable calculada para una potencia de 10 W y un voltaje de 15 a 30 voltios de cualquier material con alta resistividad y organizamos las conclusiones del elemento calefactor resultante. Desde arriba, volvemos a poner un par de capas de fibra de vidrio fina en el tirante y una capa de lámina de cobre fina también en el tirantez. Las capas de lámina de cobre están conectadas eléctricamente a la caja del amplificador. Este diseño debe hacerse con mucho cuidado, y para que no tenga resonancias propias, debe estar impregnado con cualquier líquido viscoso de organosilicio que no se seque. Después de eso, insertamos este ensamblaje en el orificio de la parte del cuerpo y llenamos el espacio restante con sellador de silicona. No especifico el diseño exacto del calentador, porque si no puede calcular y organizar su funcionamiento de forma independiente, no le aconsejo que asuma la fabricación de este amplificador. La temperatura en la superficie de los condensadores C5 y C6, que debe proporcionar este calentador, es de 50-60 grados centígrados para la primera marca de producción ELNA CERAFINE. Para condensadores de otras marcas, debe seleccionar esta temperatura de oído. Puedo dar una explicación de este enfoque en el diseño de amplificadores de transistores en la descripción de mi nuevo amplificador de transistores de audio, que está completamente repleto de esoterismo. Si llega su hora. Pero para el calentador. Si no utiliza el control automático de temperatura, sería mejor alimentar el calentador con corriente alterna, tomándolo del transformador de potencia del canal. Si hay automatización, entonces desde un transformador de potencia separado, en el que en este caso puede colgar la potencia del circuito de retardo de encendido del altavoz. Ahora brevemente sobre el circuito de retardo: un relé de tiempo electrónico convencional, el retardo se debe a la constante de tiempo del circuito de potencia del capacitor ubicado en la base del transistor compuesto. Una pregunta importante sobre el relé es que sus contactos afectan el sonido del amplificador. Tengo poca experiencia en este asunto, ya que hace mucho que me decidí por el relé de la marca TKE52PDU. Este relé se utiliza en dispositivos de automatización en la industria nuclear. En el diagrama de retraso, indiqué un relé de Fyujitsu bien establecido, probablemente será más fácil de encontrar. Bueno, el último. Lo que parece un fuzz, pero se abrevia como GA. Este es el segundo esotérico en este amplificador. Medios - armonizador de corriente anisotrópica. Mi nuevo amplificador, que ya he mencionado, es completamente esotérico: transformadores giratorios, fuentes de corriente coherentes, etc. En esto me detuve en el número tres. Entonces, ¿cómo se realiza este armonizador? Se fijan rígidamente dos terminales de cobre a una distancia de 8 mm, se suelda un conductor de 0.1 mm de diámetro entre ellos. Utilizo alambre de rodio expuesto a un flujo de 10 ^ 22 neutrones. En el caso más simple, el conductor puede ser cobre, pero para que tenga las propiedades necesarias para el armonizador, debe estar formado naturalmente, es decir. mayores de 40:50 años. Tal conductor, por ejemplo, puede tomarse de las bobinas de RF de las radios antiguas. La física de este proceso es bastante complicada para una presentación elemental, tal vez un modelo asociativo similar pueda representarse como una especie de boquilla que lamina el flujo. ¿Cuál es la calidad de sonido de este amplificador? El sonido es muy claro, lleno de tubos y vivo, y muy rápido. No tengo la costumbre de describir momentos sutiles con palabras. Prefiero contarte las etapas del viaje. La primera versión de esta línea de amplificadores fue un amplificador discreto con una etapa diferencial en la entrada y un controlador de transistor en el OE, cargado por una fuente de corriente; la etapa de salida ya era la misma que se muestra en la Fig. 1. OOS estaba presente en ese amplificador, a principios de los años ochenta, la lucha contra las distorsiones medidas solo estalló. Después de este amplificador, solo encontré un libro publicado por Tietze y Schenk, y puse un amplificador operacional para impulsar esta etapa de salida, introduje resistencias antiparásitas en todas las bases. Pero la retroalimentación, ya sea por error o por providencia, se introdujo desde la salida del amplificador operacional. En respuesta a esto, escuché un sonido tan lleno que comencé a darme cuenta de lo que había hecho. Y cuando lo descubrí, comencé a experimentar con la construcción de la etapa de salida. El esquema de la fig. 1 es solo de esta serie, más cerca de mediados de los 90 y esto se puede ver en la imagen, que es de la misma edad. Hablé sobre este esquema en los años noventa en la conferencia FIDO. El último circuito que utilizó válvulas en esta línea de amplificadores fue un diseño de UN a 6E5P con un transformador de 5K: 150 Ohm y más allá del mismo UT que en la fig. 1. Hablé sobre esto, la última versión del híbrido, en uno de los foros locales de audio de Internet hace unos dos años. Bueno, entonces hubo un amplificador al que está dedicada esta historia. Todo sobre este amplificador. También quería hablarles sobre la diferencia entre los ingenieros de sonido y los ingenieros electrónicos que diseñan circuitos de sonido, pero cambié de opinión. Aunque una de mis observaciones - cuántos me encontré con tales ingenieros, no noté ningún oído musical o preferencias musicales profundas. Fue entonces cuando me di cuenta de por qué les gusta tanto evaluar la calidad del sonido de los equipos de sonido con todo tipo de distorsiones y por qué es tan importante para ellos medir estas distorsiones con un dispositivo de medición. Y el hecho de que la alta calidad de sonido de los amplificadores esté extremadamente débilmente relacionada con cualquier distorsión es de poca preocupación para estos ingenieros. Pero no soy ingeniero electrónico y, como físico, la verdad es lo más importante para mí. Sí, esto también se aplica a la calidad de sonido de este amplificador. Pero, ¿por qué estoy haciendo transistores? Por supuesto, es más fácil culpar a Freud. Pero no, la respuesta a esto es diferente, porque en las lámparas ha sido transparente durante mucho tiempo. ¿Y dónde entrenar tu cerebro, si no en un sonido de transistor? También parece que descubrí la tecnología digital, pero, ¡oh, cómo no quiero entrar en asuntos de vinilo! Estoy casi satisfecho con el sonido de los discos soviéticos con clásicos en Micro con Rega 300. Aunque tienen inconvenientes: Por lo tanto, no juraré nada. Autor: Vladimir Ul'yanov (Vladimir Ulyanov); Publicación: cxem.net
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Comentarios sobre el artículo: Mal "Uso alambre de rodio expuesto a un flujo de 10 ^ 22 neutrones". Ejem, profesor, ¿puede compartir el secreto de dónde es mejor irradiar el alambre de rodio: en el núcleo RBMK o VVER? En el segundo caso es muy difícil colocar el alambre dentro de la contención, en RBMK es más fácil. Bueno, de hecho, no es una bomba de neutrones [ups] para gastar en irradiar un par de retrasos ...
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