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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Amplificación multicanal en UMZCH con OOS extremadamente profundo. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Amplificadores de potencia de transistores El autor propone una estructura multicanal original del transistor UMZCH. Este amplificador logra una distorsión muy baja debido a la retroalimentación de múltiples bucles. La OOS de banda ancha (hasta 100 MHz) se logra en el canal principal de baja potencia con un retardo muy bajo. De hecho, el autor ha desarrollado un amplificador de precisión de alta velocidad. No menos importante es que el motivo para escribir el artículo fue el debate en curso entre los audiófilos sobre los peligros de OOS y la restricción de su uso. Desafortunadamente, las impresiones superficiales son más que suficientes para acusar a la OOS de incorrección. Por supuesto, las críticas al NOS profundo generalmente no son serias; La razón del resultado negativo debe buscarse en el diseño del circuito de los amplificadores. En dispositivos receptores-amplificadores para uso profesional y militar en frecuencias de hasta 1 GHz [1], se recomienda utilizar cascadas con NFB preciso, ya que proporcionan el máximo rango dinámico y linealidad. Se implementan recomendaciones similares en equipos de radioaficionados [2]. El criterio fundamental para la linealidad de un amplificador "ideal" es la identidad de escala de los valores instantáneos de las señales de entrada y salida. Es OOS el que estabiliza la ganancia del amplificador en términos de parámetros determinados por la estructura y el tipo de retroalimentación. La calidad de la estabilización está determinada por el margen de ganancia dentro del bucle CNF [3]. El margen de ganancia (más de 120 dB en una banda de 20 kHz) acorde con el rango dinámico del dispositivo le permite generar una señal de salida con un error de menos del 0,0001%. Por lo tanto, el uso de retroalimentación extremadamente profunda debe considerarse obligatorio para garantizar una amplificación de alta calidad de las señales de banda ancha y la linealidad de los amplificadores de transistores. Desafortunadamente, a pesar de los términos bien conocidos de estos conceptos, a menudo se interpretan de manera bastante extraña o se ignoran por completo, por lo que se requieren ciertos comentarios. Criterios y principios de la protección del medio ambiente Muchos desarrolladores de UMZCH prestan atención al hecho de que el amplificador debe tener una alta linealidad incluso antes de la cobertura OOS. Sin embargo, lo más importante es que el UMZCH tenga una alta linealidad en el rango de frecuencia, cuyo período esté cerca del tiempo de paso de la señal a través de las etapas de amplificación cubiertas por el OOS. Dado que la retroalimentación ya no funciona en estas frecuencias, las no linealidades y el ruido provocan la aparición de componentes combinados en el proceso de modulación parásita en las cascadas UMZCH. En el rango de frecuencia en el que el NOS todavía está vigente, es posible que se produzcan efectos desagradables cuando la eficiencia de la retroalimentación se reduce considerablemente en determinadas condiciones [4]. Resulta que la señal en la salida del amplificador es muy similar a la de entrada, pero aún contiene una compleja maraña de componentes parásitos. Como resultado de dicha amplificación, aparecen distorsiones multiplicativas de fase, similares al "jigger" en los canales de transmisión digital. La base de una alta linealidad debe considerarse el funcionamiento de dispositivos electrónicos en un modo de baja señal [5], cercano al modo estático, ya que los cambios en sus parámetros eléctricos bajo la influencia de una señal o un factor desestabilizador son la causa fundamental de la distorsión. Un nivel de señal alto provoca cambios en los parámetros del amplificador y de tiempo-frecuencia de las cascadas. El tiempo que tarda la señal en pasar por las etapas del amplificador depende de muchos factores, lo que conduce a la aparición de fenómenos "similares a jitter", independientemente de la presencia de retroalimentación. Al mismo tiempo, para FOS, es de fundamental importancia que el tiempo de retardo de la señal de retroalimentación sea extremadamente corto, que en realidad está cerca del tiempo de tránsito de la señal a través de las cascadas del amplificador, porque en este momento la señal FOS se retrasa con respecto a la entrada. señal. Cuanto mayor sea el nivel de esta señal (es decir, cuanto mayor sea la ganancia) y el tiempo de retardo de la señal, mayor será la modulación y distorsión parásitas. En consecuencia, se imponen requisitos más estrictos a la capacidad de sobrecarga de las cascadas. La sobrecarga de las cascadas bloquea las funciones estabilizadoras de la protección del medio ambiente. La probabilidad de sobrecarga en realidad está relacionada con el tiempo de respuesta * a través del circuito de retroalimentación (el tiempo entre la llegada de una señal a la entrada del amplificador y su respuesta a través del circuito de retroalimentación). La mayoría de las deficiencias de UMZCH con OOS profundo están relacionadas precisamente con forzar la amplificación en frecuencias cuyo período es cercano al tiempo de paso de la señal a través de las etapas de amplificación cubiertas por OOS. La degradación de la calidad del amplificador progresa con un aumento del tiempo de retardo en el bucle de retroalimentación, agravado con un aumento del número de etapas. En otras palabras, el número de etapas de amplificación sucesivas a una gran profundidad de la realimentación total es muy limitado. Cabe señalar que el uso de etapas de transistores con un emisor común (incluidas etapas diferenciales y generadores de corriente) tiene un efecto muy negativo tanto en las características de modulación como de sobrecarga del amplificador. Las cascadas de este tipo representan en realidad un mezclador, donde su rango dinámico sirve como criterio de linealidad. En el rango de modos permitidos para los transistores, el límite superior del rango dinámico es proporcional a la corriente que pasa por el mezclador [2]. En otras palabras, las cascadas deben tener un gran rango dinámico y los modos de corriente y voltaje correspondientes para los transistores, y sus cambios en presencia de una señal son mínimos. La señal en sí debe ser suficientemente "lenta" en comparación con la velocidad de los elementos amplificadores, entonces hay menos cambio de señal durante el tiempo de reacción en el circuito de retroalimentación y menos distorsión. La frecuencia de corte Fgr de los dispositivos amplificadores debe ser lo más grande posible la frecuencia de ganancia unitaria F1 del amplificador. Por tanto, un número extremadamente limitado de etapas y un tiempo de respuesta extremadamente corto del bucle de retroalimentación son las condiciones fundamentales para lograr linealidad en una banda ancha y un gran rango dinámico del amplificador. Además, las cascadas deben funcionar en clase A, de modo que fuera de la banda operativa su coeficiente de transferencia sea significativamente menor que uno. En otras palabras, en ausencia de "jorobas" en la respuesta de frecuencia, la frecuencia de cierre Fdm del bucle CNF (Fcd es el recíproco del tiempo de respuesta del bucle CNF) debería ser mucho mayor que la frecuencia de ganancia unitaria (Fgm >> F1), y la señal en frecuencias cercanas a Fgm debería verse muy debilitada. Al mismo tiempo, con un OOS extremadamente profundo, se debe garantizar simultáneamente un bajo nivel de penetración de la señal de salida a la entrada UMZCH a la frecuencia de cierre del bucle OOS. El último factor es muy importante, ya que es en el UMZCH donde el nivel de la señal de salida (en términos de voltaje) es grande y la eficiencia de intermodulación tiene una dependencia cercana al cubo de la señal de entrada [2]. A su vez, el circuito NF general no debe tener conexiones adicionales (y parásitas) con cascadas UMZCH intermedias o con circuitos NF locales. El significado es simple: es necesario excluir la penetración de una señal predistorsionada en el bucle del OOS general. La ganancia con OOS habilitado debería ser mínima. En otras palabras, cuanto menor sea la ganancia, proporcionalmente mayor será la relación señal-ruido + interferencia y proporcionalmente menor será la frecuencia de ganancia unitaria del UMZCH en una frecuencia de corte de ganancia de bucle fijo. Tenga en cuenta que un aumento en el nivel de la señal de entrada y el uso de amplificadores de entrada de ruido ultrabajo pueden provocar un deterioro en las características de sobrecarga de entrada del UMZCH. Los circuitos de ruta de señal, así como la entrada y OOS (especialmente en RF) deben tener una resistencia relativamente baja (de decenas a cientos de ohmios). Y aquí vale la pena prestar atención al hecho de que una disminución en la resistencia del circuito que controla el transistor conectado en el circuito con un emisor común (CE) empeora drásticamente sus características de sobrecarga. Las resistencias en los circuitos base y emisor de los transistores de etapa amplificadora mejoran significativamente sus características de linealidad y sobrecarga. El aumento de la resistencia de entrada reduce la corriente de entrada y, por lo tanto, reduce de manera simple y efectiva la ganancia en frecuencias cercanas a F. En este caso, es muy conveniente activar estas resistencias (para reducir la ganancia) en cada etapa de amplificación [4, 6], pero la mayor eficiencia se logra cuando se activan precisamente en la entrada del amplificador [7]. Estas resistencias realizan funciones similares en dispositivos de radiofrecuencia [2] (amplificadores, mezcladores, etc.), reduciendo la amplificación de las cascadas en la frecuencia de corte (Fgr = Fzam) de los transistores utilizados y reduciendo su tendencia a la autoexcitación. Sin embargo, cabe señalar aquí que con un gran cambio en la corriente base, la resistencia en el circuito base puede crear un nivel muy grande de distorsión. Como consecuencia, el uso de resistencias en los circuitos base sólo debe utilizarse cuando el transistor esté operando en estructuras con retroalimentación muy profunda. Encontrar un compromiso entre los requisitos mutuamente excluyentes enumerados anteriormente es a menudo una tarea ingrata. La ejecución absoluta y la combinación de ellos en un amplificador es simplemente irreal. Una OOS extremadamente profunda que cumpla los requisitos indicados sólo es posible con amplificación multicanal, es decir, sobre la base de estructuras de amplificación multicanal (MCUS). Criterios y principios de la ICCC El uso de MKUS permite reducir radicalmente el tiempo de retardo de la señal en el amplificador, es decir, garantizar un tiempo de respuesta extremadamente corto del bucle de retroalimentación. Como resultado, es posible aumentar considerablemente la frecuencia de cierre del bucle CNF (Fc), para proporcionar un margen de ganancia muy grande, y todo esto con un nivel de ruido cercano al límite. En esta versión del amplificador, es posible combinar las ventajas de varios enfoques en ingeniería de circuitos, utilizando nodos significativamente diferentes con diferentes detalles y, a menudo, con características únicas. En tales estructuras, es posible utilizar diferentes clases de amplificación (A, B, C e incluso D), circuitos de conmutación y tipos de dispositivos electrónicos. Las opciones para conectar canales de amplificación adicionales en este caso se basan en el criterio de suprimir la señal del canal principal (tanto en su entrada, salida como en su interior) mediante su amplificación adicional y transmisión al circuito de salida. En general, el proceso de transmisión de esta señal puede realizarse mediante otros amplificadores. Por tanto, es posible crear un margen de ganancia muy grande dentro del bucle CNF y, por tanto, proporcionar un error extremadamente pequeño en el bucle CNF. Porque la consecuencia de una ganancia ideal en un amplificador con un OOS común es ... la ausencia de una señal en la salida del sumador de señales directas y de retorno (a lo largo del circuito OS). Aquí, el concepto de amplificador (canal) principal (principal) expresa su prioridad en cerrar el circuito de retroalimentación con una influencia decisiva en la formación de una señal de salida no distorsionada. El parámetro principal del canal de amplificación principal debe considerarse su tiempo de retardo, que debe ser extremadamente pequeño. Los parámetros específicos de los canales de amplificación adicionales pueden ser el nivel de ruido intrínseco, la potencia de salida, etc. Cabe señalar que los principios del procesamiento de señales multicanal (paralelo) se conocen desde hace relativamente mucho tiempo [9], pero, desafortunadamente, aparte de los equipos de medición de precisión, se utilizan rara y modestamente. Especialmente en la implementación de un gran margen de ganancia dentro del bucle OOS. Al mismo tiempo, varios esquemas tanto de UMZCH [5, 10] ** como de amplificadores operacionales de banda ancha se incluyen en el concepto de MKUS. Por lo tanto, es aconsejable complementar diferentes enfoques en los circuitos UMZCH [3-8] con la lógica de operación en paralelo de amplificadores, es decir, MKUS. Cabe señalar que la cantidad de opciones para construir amplificadores basados en MKUS es bastante grande, pero en relación con UMZCH tiene sentido usar estructuras que, debido a un margen de ganancia muy grande, harían incluso un amplificador potente y, a menudo, de baja frecuencia. La etapa de salida realiza sus funciones perfectamente.
Como ejemplo de MKUS, considere el circuito (Fig. 1) de un amplificador inversor de tres canales diseñado para funcionar con una carga de baja potencia. Aquí, el amplificador operacional DA1 (ajustado adecuadamente) es el canal principal del amplificador que establece la frecuencia de cierre del bucle CFO (Fzam), y los amplificadores DA2 y DA3 forman canales adicionales que operan según el criterio de supresión de señal, respectivamente, en la entrada y salida de DA1. Entonces, la señal que llegó a través de las resistencias R1, R7 a la entrada del amplificador operacional DA1 se amplifica y a través del capacitor C2 se alimenta a la salida del amplificador. Los elementos C1, R2 y R1 forman un bucle OOS. Además, la señal se amplifica a través del canal DA2, así como del DA3, desde donde pasa a la salida común a través de la resistencia R11. Por tanto, en relación con las señales de baja frecuencia, la ganancia dentro del bucle CNF aumenta significativamente. Los divisores de señal R5R6 y R8R9 brindan prioridad al canal principal (DA1), reduciendo la ganancia de DA2 y DA3 a un nivel en el que el canal principal compensa fácilmente el cambio de fase adicional introducido por estos amplificadores operacionales. Aquí debe guiarse por la regla: la señal debe reducirse (dividirse) precisamente en la entrada de canales de amplificación adicionales, lo que mejora significativamente sus características de sobrecarga. Una excepción solo pueden ser los amplificadores conectados a la entrada (DA2), debido al deterioro de la relación señal-ruido. Las resistencias R4 y R7 mejoran las características de sobrecarga de entrada. Los elementos R3 y R10 realizan funciones similares, aunque indirectamente; reducen significativamente la ganancia de las etapas de entrada del amplificador operacional, especialmente cerca de Fdet. Cabe enfatizar aquí que tales resistencias eliminan este problema, ya que la corrección de frecuencia del amplificador operacional de acuerdo con el método estándar, por regla general, no protege las etapas de entrada del amplificador operacional de la sobrecarga de la señal de RF. En ausencia de estas resistencias, los productos de distorsión de alta frecuencia a través del condensador C1 van directamente a las entradas del amplificador operacional y las sobrecargan (la ganancia se fuerza en frecuencias cercanas a Fzam). A su vez, la OOS profunda para RF (a través del condensador C1) crea una gran caída en la respuesta de frecuencia del amplificador en la frecuencia F1 del amplificador operacional DA1. Por lo tanto, se proporcionan características de alta sobrecarga tanto en la salida DA1 como en la entrada DA3 y, como resultado, en todo el amplificador en su conjunto. En las frecuencias de audio, la señal se amplifica secuencialmente mediante tres amplificadores operacionales: DA2, DA1, DA3 (también se pueden fabricar con tecnología MKUS). El uso de un amplificador operacional simplifica la implementación del diseño, aunque no está prohibido el uso de transistores de alta frecuencia y de microondas. Pasando a la opción UMZCH, resulta muy tentador utilizar un amplificador potente (en adelante ULF) como el DA3, con una alta resistencia de salida, de la que se podría excluir la resistencia R11. También es posible otra solución: en lugar de los elementos C2 y R11, utilice un dispositivo de adaptación más eficiente (multicanal), ¡entonces ULF se puede fabricar como una unidad separada! Esto permite reducir el nivel de interferencias e interferencias entre 20...40 dB. En cuanto a otras unidades amplificadoras, aquí es tecnológicamente conveniente utilizar amplificadores operacionales de banda extremadamente ancha (radiofrecuencia) que permitan el funcionamiento con cien por ciento OOS. En otras palabras, el tiempo de tránsito de señal extremadamente corto y, en consecuencia, el cambio de fase mínimo en la frecuencia de ganancia unitaria son los parámetros decisivos al elegir un amplificador operacional. Toda la gama de argumentos es bastante complicada y, por lo tanto, la elección recayó en un amplificador operacional de banda ancha relativamente promedio. Por supuesto, el uso de un elemento base ultramoderno con características "altísimas" es bastante impresionante, pero a un precio elevado no es aconsejable. Mientras tanto, la alta eficiencia del MKUS con la adición de señales en la salida del amplificador (con un dispositivo de adaptación de alta calidad) permite utilizar transistores con parámetros modestos en la etapa de salida del canal de baja frecuencia. Debido a la frecuencia de corte Fgr relativamente baja de los dispositivos bipolares potentes, es necesario centrarse en el requisito esencial discutido anteriormente: no se permite el funcionamiento de transistores cerca de la frecuencia y, como resultado, la amplificación del UMZCH (con la retroalimentación activada) a esta frecuencia debería ser insignificante (F1< Fgr). Aumentar la frecuencia de corte del bucle CFO a la relación F1> Fgr conduce al hecho de que el amplificador de entrada (generalmente de banda muy ancha) provoca una sobrecarga de las posteriores cascadas de baja frecuencia del UMZCH. Basado en los principios descritos aquí, unidos por la tecnología MKUS, el autor ha desarrollado un esquema para un UMZCH de tres canales relativamente simple, como se muestra en la Fig. 2. Su potencia nominal Pout es de 75 W cuando funciona con una carga Rn = 4 ohmios.
El canal de amplificación principal (DA1, VT1) utiliza un amplificador operacional de RF AD812. Su frecuencia de ganancia unitaria F1 = 100 MHz, ruido propio EMF Esh = 4 nV/Hz, y la ganancia es de aproximadamente 40 dB a una frecuencia de 3 MHz, correspondiente a la frecuencia Frp de potentes transistores ULF (A1 en la Fig. 2). , que le permite suprimir eficazmente la distorsión de la etapa de salida ULF. Es el canal principal el que determina la frecuencia de cierre del bucle CFO (Fzap y la estabilidad del UMZCH en frecuencias superiores a Fgr. La velocidad del canal principal y la operación garantizan un tiempo de respuesta muy corto y estable del bucle CFO. del repetidor en VT1 en modo clase A, lo que elimina fenómenos tipo jitter (modulación de fase) . En este esquema, el canal principal opera en la banda desde las frecuencias de audio hasta la frecuencia Fzam. La especificidad y prioridad del canal principal es su funcionamiento en frecuencias cercanas a Fzam y el cierre del bucle OOS. Consideremos el funcionamiento del UMZCH en la banda de frecuencia desde F1 = Frp = 3 MHz hasta Fdet = 250 MHz, utilizando para el análisis una señal pulsada con frentes pronunciados. La señal de entrada a través de las resistencias R1, R2 llega a la entrada de señal UMZCH (punto A), luego a través de la resistencia R9, a la entrada del amplificador operacional DAI, VT1, cuyo emisor es la salida del canal principal (punto B ). Desde la salida del canal principal a través de los elementos C7, C8 y R22 del dispositivo de adaptación, la señal pasa a la salida UMZCH (punto C), donde esta señal domina la señal que proviene del ULF, y luego a través del circuito C2. , R3 cierra el circuito OOS a la entrada de señal UMZCH al punto A. El circuito OOS RF de baja resistencia (elementos C1, C2, R2, R3) proporciona una división de señal de alta calidad en estas frecuencias, mientras que las inductancias L1 y T1 separan los parásitos (montaje) capacitancias. La señal que opera en el punto A es amplificada adicionalmente por el segundo canal de amplificación (DA2). Este canal de amplificación adicional está habilitado por el criterio de supresión de señal del canal principal (DA1) en su entrada. Para la señal, el canal del DA2 es un preamplificador, se "apaga" sólo en las frecuencias más altas (por encima de 10 MHz), donde se produce un cambio de fase inaceptable en condiciones de estabilidad. La señal del amplificador operacional DA2 amplificada a través del dispositivo de prioridad DA1 (divisor de señal R10R11) se alimenta a la entrada no inversora DA1. En frecuencias de audio, la salida DA2 tiene un nivel de señal muy bajo, es decir, funciona casi en modo estático. Así, la señal amplificada en serie por dos amplificadores operacionales (DA2, DA1) también llega a la salida del canal de amplificación principal (punto B). Allí, la señal se bifurca a través de la resistencia R23 al tercer canal de amplificación - A1 (ULF), desde cuya salida sale la señal de audio y frecuencia "cero" a través del dispositivo de adaptación (devanado secundario del transformador T1). la salida del UMZCH (punto C). En frecuencias donde la velocidad del ULF es limitada, la etapa de salida en VT2 con el transformador T1 funciona según el criterio para suprimir los errores de amplitud y fase en la salida del ULF. El uso de una inductancia en forma de T1 viene dictado por la necesidad de cumplir dos condiciones contradictorias: una resistencia muy baja del dispositivo de adaptación en frecuencias de audio y alta en frecuencias cercanas a Fgr, potentes transistores. Cabe destacar aquí que la cuestión de la combinación correcta de estructuras de RF y LF de baja resistencia es muy importante debido a la aparición de diversas resonancias parásitas. En este caso, la resonancia se produce en un circuito que consta del condensador C7 y la inductancia del devanado secundario T1, y está estrechamente relacionada con la ganancia y la fase en la salida ULF. El circuito C8, R22 reduce la frecuencia y el factor de calidad de este circuito. El circuito oscilatorio de los elementos C9, R27 y la inductancia del devanado primario del transformador T1 los reducen aún más, ya que están sintonizados a una frecuencia aún más baja. El transformador debe considerarse como un filtro (LPF) y como un elemento del sumador de señales en la salida del UMZCH, que suprime los restos de manifestaciones resonantes parásitas y errores de fase utilizando los recursos de amplificación del canal principal en DA1. El devanado primario T1 está conectado a un seguidor de emisor en un transistor VT2, que al mismo tiempo es un estabilizador de corriente para VT1. La prioridad del canal principal (DA1) se proporciona si el transformador es reductor. En realidad, la tensión del devanado secundario T1 se conecta en serie con la tensión procedente de la salida ULF. Para suprimir eficazmente la distorsión ULF, el transformador debe ser de banda suficientemente ancha y tener una alta eficiencia (buen enlace de flujo) en frecuencias del orden de Fgr. Los microcircuitos de RF deben alimentarse mediante un regulador bipolar independiente con un voltaje de ±12,5 V. Ahora sobre el ULF, cuyo esquema se muestra en la Fig. 3. Su etapa de salida es un potente seguidor de emisor simétrico controlado por un generador de corriente [8]; el esquema es clásico y no necesita comentarios. ULF se habilita según el criterio de supresión de señal en la salida del canal principal. Antes del ULF, se incluye un dispositivo para crear la prioridad del canal principal (DA1): un divisor de resistencias R23 (ver Fig. 2) y R32 (Fig. 3). Su tarea es reducir la ganancia ULF en frecuencias alrededor de Fgr con un cambio de fase mínimo, y en frecuencias más altas, reducir la ganancia a cero mediante C20. Esto mejora las características de sobrecarga y la inmunidad al ruido del ULF.
Entonces, la contribución del ULF a la señal de salida del UMZCH en frecuencias altas (por encima de 3 MHz) se reduce tres veces: como resultado de una OOS profunda (debido a una disminución en la respuesta de frecuencia en las frecuencias Fgr), el divisor R23R32 y C20, y también debido a la alta resistencia inductiva del devanado T1. ¡A una frecuencia de aproximadamente 15 MHz, el voltaje en la salida ULF (en el punto E) está 180 ° por detrás del voltaje en la salida UMZCH (en el punto C)! El condensador C25 en el ULF realiza una doble función. Además de crear una corrección de frecuencia ULF, en cascada sobre los transistores VT6, VT7 forma un canal paralelo en frecuencias superiores a 3 MHz. La señal del emisor VT3 se alimenta a través del condensador C25 (sin pasar por VT4 y VT7) a los seguidores del emisor de salida (con el nivel de entrada ULF), lo que reduce el tiempo de tránsito de la señal a través del ULF. Aquí es necesario señalar el papel ambiguo del circuito de corrección de cables mediante el condensador C22. Este condensador reduce el cambio de fase de la señal en la salida ULF (a frecuencias del orden de 3 MHz), mientras que el nivel de la señal en la salida del canal principal disminuye (punto B). Pero el condensador C22 aumenta la amplificación en frecuencias superiores a Fgr, lo que empeora las características de sobrecarga del canal y aumenta su distorsión. Por lo tanto, el uso de C22 se justifica sólo cuando se utilizan transistores de alta frecuencia insuficientes (series KT818, KT819); en otros casos, se debe excluir la cadena R34, C22. Por lo tanto, la señal en la salida del UMZCH (punto C) es en realidad compuesta. Las señales en la banda de frecuencia operativa pasan a la salida del ULF a través del devanado secundario T1. y la señal de compensación para suprimir la distorsión ULF a altas frecuencias se realiza a través de los transistores VT1, VT2 y el transformador T1. La ganancia secuencial de todos los canales (DA2 DA1, ULF) a una frecuencia de 20 kHz alcanza los 160 dB. lo que reduce el error con el FOS introducido a un valor inferior al 0,0001%. La pequeñez de este error (nivel de señal en el punto A) se puede evaluar visualmente después de su amplificación mediante el amplificador operacional de RF DA2 (en el punto D), utilizando el método de I. T. Akulinichev [3], conocido por los lectores de la revista. Pero debido al enorme margen de ganancia dentro del circuito de retroalimentación, el error es muy pequeño (menos de 1 mV) y casi lineal. Sin embargo, aquí es necesario prestar atención al nivel de interferencias y conexiones parásitas en los circuitos de señal, incluso a través de cables comunes. Por ejemplo, la corriente en el circuito OOS (a través de los elementos C1, C2, R2 - R5) a una frecuencia de 20 kHz crea una caída de voltaje en el cable SCR a un nivel de varios microvoltios con respecto al circuito de precisión OP1. Esta captación del SCR es lineal y no supone ningún peligro. Pero a pesar de la escasez, la pastilla, amplificada miles de veces, aumenta significativamente el nivel de la señal en la salida del amplificador operacional DA2. Para observar correctamente la magnitud del error en el circuito CNF, se debe utilizar un cable común para todas las etapas, conectando OP1-OP4 a OP5, y un amplificador adicional de 20 ... 40 dB. En la fig. se muestran los oscilogramas de una señal sinusoidal con una frecuencia de 20 kHz. 4 durante el funcionamiento de UMZCH con potencia de salida Pout = 75 W; de arriba a abajo: salida DA2 (punto D) con una división de escala de 1 mV, salida DA1 (punto B) - con una división de escala de 0,5 V. La interferencia de alta frecuencia en la entrada del amplificador es atenuada por el filtro R1C1 y su condensador también está incluido en el circuito RF OOS (R2 / R3 = C2 / C1). El circuito OOS de baja resistencia reduce drásticamente el efecto de la interferencia de RF y las capacitancias parásitas. Las resistencias R7 y R9 aumentan efectivamente la capacidad de sobrecarga de los amplificadores operacionales de RF, reduciendo significativamente la ganancia de RF de sus etapas de entrada. La combinación de estas medidas reduce significativamente la amplificación dentro del bucle en frecuencias cercanas a las frecuencias, excluyendo la amplificación ULF en la frecuencia de corte de transistores potentes, lo que garantiza altas características de sobrecarga. En frecuencias inferiores a 200 kHz, la ganancia está determinada por la relación (R3+R4+R5)/(R1+R2) =10. Los transistores VT8, VT9 estabilizan la corriente de reposo de la etapa de salida [3] según el criterio de estabilización de la tensión de polarización en las bases de los transistores de salida. En caso de sobrecarga de corriente, los transistores VT5 y VT20-VT22 bloquean el ULF (VT10-VT19) durante ocho ciclos del generador, realizados en los elementos DD1 1-DD1 3 (es decir, durante aproximadamente 30 ms).
El control y sintonización del UMZCH debe realizarse en la banda de 100 MHz. Para hacer esto, es aconsejable aumentar la frecuencia de corte del bucle OOS reduciendo a la mitad la resistencia de las resistencias R1 y R4 + R5. Luego, apagando DA2 (para esto basta con desoldar una de las conclusiones de R10), en el punto C controlan la monótona disminución de su respuesta en frecuencia en frecuencias superiores a 1 MHz. Si es necesario, reduzca la ganancia del canal principal DA1 aumentando la resistencia R9. Luego se aplica a la entrada una señal de pulso "meandro" con una frecuencia de 250 kHz con una oscilación de voltaje de 0,5 V. No tiene sentido suministrar un El nivel de señal más alto, ya que la potencia de salida del UMZCH a frecuencias superiores a 250 kHz es fuerte, está vinculado a la potencia de la etapa de salida del canal de amplificación principal (VT1, VT2). En este caso, la señal más informativa debe considerarse predistorsionada de la salida DA1 (punto B), que, de hecho, es una señal multiplicada por el error del bucle de seguimiento OOS. La señal en el punto B debe tener un carácter impulsivo con una forma cercana al exponente. Con la configuración correcta, los pulsos deberían ser relativamente cortos, sus frentes deberían ser pronunciados y las caídas deberían ser suaves y suaves. En ningún caso se deben observar resonancias o rupturas en sus oscilogramas. Las señales de pulso en diferentes puntos del UMZCH, medidas a una frecuencia de corte doble, se muestran en los oscilogramas de la Fig. 5, cuando se trabaja con una carga resistiva con una resistencia de 4 ohmios - en los oscilogramas de la fig. 6; cuando se trabaja con una carga reactiva (condensador con una capacidad de 1 μF), en los oscilogramas de la Fig. 7. En consecuencia, de arriba a abajo: salida DA2 (punto D) con un valor de división de 0,2 V, salida DA1 (punto B) con un valor de división de 2 V, salida UMZCH (punto C) y salida ULF (punto E) a un valor de división de 5 V. La velocidad de barrido para estas formas de onda es 1 µs.
Si es necesario, en primer lugar, ajuste la ganancia y corrección del ULF (elementos R35, R34, C22, C25), el coeficiente de atenuación de la señal del dispositivo prioritario (R23, R32, C20, C21) y luego ajuste el dispositivo de adaptación ( C7, C8 y R22, C9 y R27, T1), excluyendo el proceso oscilatorio de establecimiento de una señal en la salida de DA1 (punto B). A continuación, conecte y seleccione la resistencia R10 según el criterio de amplitud mínima de los pulsos en la salida de DA2 con una alta linealidad (suavidad) de este último. Después de eso, se elige un 10 ... 20% más de denominación y se suelda en la placa. La corriente de reposo de la etapa de salida ULF se regula a un nivel de aproximadamente 100 mA seleccionando la resistencia R48, la corriente de bloqueo ULF (8 A) es R63 y la corriente de reposo del transistor VT1 (200 mA) es R25, respectivamente. Y finalmente, se verifica el funcionamiento del UMZCH para detectar la ausencia de excitación ULF cuando se sobrecarga con una gran señal de entrada en la banda de 30 ... 300 kHz. La excitación del ULF indica sus propiedades de muy baja velocidad y sobrecarga, una gran ganancia en F^, una frecuencia de corte excesivamente alta del bucle NF o una prioridad insuficiente del canal principal, lo que es posible cuando cambian los componentes. Después de la sintonización, se restablece la frecuencia de corte del bucle CNF. Construcción y detalles Es el canal principal el que determina el tiempo de retardo del bucle de seguimiento OOS, la ganancia en altas frecuencias y, como resultado, la efectividad de suprimir varios tipos de resonancias y distorsiones parásitas. Así, al DA1 se le imponen los requisitos más estrictos: debe ser radiofrecuencia, es decir, debe funcionar correctamente con un alto nivel de señal de RF y con una carga estándar de 50 ohmios. También se imponen altas exigencias al transistor VT1, que además introduce un retardo de tiempo. Por lo tanto, debe ser de alta frecuencia (por ejemplo, de las series KT922, KT925) y su corriente es suficiente para funcionar con el amplificador operacional DA1. Debido a la corriente relativamente pequeña VT1 (200 mA), la impedancia de carga del UMZCH a frecuencias superiores a 1 MHz debe ser mayor y la presencia de un filtro (inductor L1) es obligatoria. Otro propósito de L1 es bloquear el paso de oscilaciones de alta frecuencia desde la CA a la salida UMZCH (al punto C) y luego al circuito OOS. Debido a la muy alta frecuencia de cierre del bucle CNF, la longitud física del canal de amplificación principal y del circuito CNF en RF debe ser mínima y la implementación debe tener en cuenta los requisitos de los dispositivos RF. Los requisitos para el amplificador operacional DA2 son menos estrictos, pero se debe enfatizar que es el amplificador operacional DA2 el preamplificador que determina el nivel de ruido, interferencia, la precisión del OOS, etc. en consecuencia, se ve obligado a trabajar en condiciones de "invernadero". Las condiciones son las siguientes: la presencia de una resistencia relativamente alta en el circuito de entrada (R7), que elimina la sobrecarga del amplificador operacional en frecuencias cercanas a la frecuencia Fzam; funcionamiento de la etapa de salida del amplificador operacional en el modo de señal baja de clase A; la presencia de una fuente de alimentación separada o filtros RC en los circuitos de alimentación para reducir las interferencias. En el diseño, es importante tener cables comunes separados: señal OP1 y circuito de alimentación OP2. "La cuestión de la "tierra" es muy importante, porque la señal en las etapas del amplificador se determina en relación al cable común [8]. La inducción de interferencias de baja frecuencia en la parte de la señal o en el cable común de la señal es en realidad idéntica Por lo tanto, los circuitos OP1 -OP4 deben estar en pantalla (también es el cable OP5) y necesariamente están hechos con cables separados.La cascada del amplificador operacional DA2 también debe estar blindada. Las resistencias R16-R20 proporcionan un circuito más corto. camino para corrientes de alta frecuencia sin pasar por el punto común de cerrar todos los OP al caso UMZCH. Se imponen altos requisitos a la calidad del condensador C2, ya que se le aplica toda la tensión de salida ULF. Por tanto, debe tener baja absorción y una tensión nominal de al menos 250 V (de los no deficientes - KSO, SGM); Es aconsejable utilizar el condensador C1 del mismo grupo. Resistencias del circuito de entrada y OOS (R1-R5) - MLT u OMLT. Los condensadores C7-C9 en el dispositivo correspondiente son K73-17 o cerámicos con un TKE pequeño. Cabe señalar que para excluir la excitación, los transistores VT8, VT9 deben ubicarse muy cerca de VT6, VT7 y VT10-VT13. Cuando el amplificador está excitado, se recomienda duplicar las resistencias de los resistores R47-R49 y R51, R53 o aplicar una polarización similar a la utilizada en [4]. No existen otros requisitos para la base de elementos ULF, por lo que es posible su implementación basada en otros esquemas. Sin embargo, se debe dar preferencia a circuitos y bases de elementos más avanzados (es decir, de banda ancha y multicanal), en ningún caso se debe forzar la ganancia debido a sus características de sobrecarga. Está permitido aumentar la potencia de salida del UMZCH sin cambiar el circuito hasta 120 W utilizando los transistores KT14, KT9 en la cascada VT8101-VTT8102 y aumentando la corriente del colector VT1 a 250 mA. Como se mencionó anteriormente, ULF se puede eliminar del canal principal UMZCH a una distancia de hasta 40 cm (con los valores de componente indicados). Para el autor, en la versión protoboard, la longitud de los cables desde la resistencia R23 y desde el transformador T1 al ULF es de 30 cm, por el contrario, la longitud de los conductores desde el emisor VT1 a R23 y desde los elementos C7, R22. al transformador T1 debe ser mínimo. Las bobinas LI, L2 están enrolladas sobre un marco con un diámetro de 12 mm y contienen 11 vueltas de alambre SEW con un diámetro de 1 mm. El transformador T1 está enrollado en el mismo marco. El devanado primario contiene 30 vueltas de PEV 0,3, el secundario, 15 PEV de 1 mm. Es recomendable enrollar el devanado primario con un doble hilo sobre el secundario entre sus espiras. Es incluso mejor enrollar el transformador con un haz de 10-12 cables PEV de 0,3 ... 0.4 mm, dos de los cuales, conectados en serie, forman el devanado primario (30 vueltas), y los cables restantes, conectados en paralelo, Formar el devanado secundario (15 vueltas). Por supuesto, un UMZCH de alta calidad debe tener una indicación de la sobrecarga de corriente y voltaje del amplificador, un dispositivo para estabilizar el "cero" en la salida del UMZCH, compensación de la resistencia del cable y protección del altavoz [4, 8]. En conclusión, el autor quisiera agradecer a A. Sitak (RK9UC) por su ayuda en la preparación de este artículo. Literatura
Autor: A.Litavrin, Berezovsky, región de Kemerovo
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