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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Transistor UMZCH en camino a la perfección. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Amplificadores de potencia de transistores Usualmente, considerando la operación del UMZCH, se asume que su carga es puramente activa. Sin embargo, un altavoz, e incluso con filtros de suavizado, es una carga compleja y compleja. Cuando se opera con una carga compleja, el cambio de fase resultante entre el voltaje y la corriente en la salida del amplificador conduce al hecho de que con señales de entrada sinusoidales, la línea recta de la carga se convierte en una elipse. La posición del punto de operación (curva de carga) para la carga reactiva en las características de salida del triodo y el transistor cuando se amplifica una señal armónica se muestra en las Fig. 1 y 2, respectivamente.
Como puede verse en la Fig. 1, las características de salida del triodo son casi ideales para una carga compleja, que es la CA. Una gama favorable de armónicos (no superiores a la quinta) y una alta linealidad determinan en gran medida la "suavidad" del sonido de los amplificadores de válvulas. Al mismo tiempo, un amplificador de transistor de un solo extremo es completamente inadecuado para trabajar con un altavoz, porque. la línea de carga entra, por un lado, en la región de limitación de la disipación de potencia admisible en el colector (región sombreada, encima de la hipérbola), por otro lado, en regiones no lineales en Uke pequeño. El tamaño transversal de la elipse de la curva de carga depende del componente inductivo de la carga y el tamaño longitudinal, del activo. Al amplificar señales de impulso, por ejemplo, del tipo "meandro", la línea de carga es un paralelogramo [1], lo que agrava aún más la situación. La amplitud del salto de tensión en el momento de la conmutación (debido a la FEM de autoinducción) depende de la relación entre la constante de tiempo de la señal To y la constante de tiempo de la carga T=L/R. En t>To, para eliminar la posibilidad de ruptura de los transistores de salida (por ejemplo, en amplificadores de clase D con PWM), se instalan diodos conectados inversamente en paralelo con los transistores de salida. La Figura 3 muestra las características de carga de la etapa de salida push-pull del transistor UMZCH en la familia de características de voltaje de corriente de salida con una carga puramente activa (directa) y con una carga compleja (elipse) dentro de los límites de la región de operación segura (OBR) de transistores DC.
En este caso, la disipación de potencia máxima para cada transistor del brazo de la etapa de salida aumenta en proporción al cambio de fase <p del vector de carga (Fig. 4). El valor típico del cambio de fase suele estar en el rango de 25...60°, pero en casos raros alcanza los 80°.
Dado que la impedancia del sistema acústico (AS) es de naturaleza inductiva, cuyo vector Z1=RL+ZL tiene una dirección opuesta a la dirección del vector de carga capacitiva (Fig. 4), es posible seleccionar un circuito RC (Compensador Buchet) con una impedancia Z2=R+Zc, compensando la componente inductiva de la carga. Como resultado, la impedancia del altavoz se vuelve puramente activa y no depende de la frecuencia. Condiciones de compensación [1]:
donde RL es el equivalente de la resistencia activa del altavoz (4...10 Ohm); C \u0,1d XNUMX uF. La naturaleza impulsiva de una señal de sonido real y la naturaleza compleja de la impedancia del altavoz hacen que el valor pico de la corriente de salida sea 5...8 veces mayor que el valor de amplitud máxima Im, correspondiente a la operación en una carga activa . Entonces, por ejemplo, con una potencia de salida de 60 W y una resistencia de carga de 4 ohmios, el valor de corriente pico en la salida puede ser de 5,5 A con una carga resistiva y de 33 A con una carga compleja. Esto muestra lo importante que es elegir la cadena RC de compensación correcta y tener un margen suficiente de potencia UMZCH. la figura 5 muestra un diagrama del funcionamiento de los transistores terminales en el modo AB, donde Uo1, Uo2 son su polarización inicial; lo1, lo2 - corriente de reposo.
Con simetría absoluta de la cascada, la característica total es una línea recta, de lo contrario hay una curva en una dirección u otra [3]. El sonido de los equipos de válvulas a menudo se caracteriza por epítetos como "terciopelo", "suave", "cálido", natural, etc. ¿Qué lo causó? En primer lugar, el hecho de que para las lámparas el nivel de distorsión aumenta lentamente con el aumento de la señal, alcanzando valores de varios porcentajes. Tal dependencia se llama "distorsión monotónica". Además, los armónicos por encima de la tercera están prácticamente ausentes. No en vano, los amplificadores de clase Hi-Fi (High Fidelity - "alta fidelidad") se reemplazan principalmente por amplificadores de válvulas de clase Hi-End (High End - "total alto", "más alto") con un factor de distorsión no lineal. de hasta el 1%. En los amplificadores de transistores, las distorsiones son bajas solo en el área de trabajo y aumentan considerablemente cuando cruzan sus límites. Un rasgo característico de la gran mayoría de los amplificadores de transistores es una clara limitación de la señal de salida durante la sobrecarga de voltaje como resultado de la saturación de los transistores de la etapa previa a la salida (amplificador con OE u OB y su carga - generador de corriente, Fig. 6). Esta limitación no siempre es simétrica, lo que conduce a un fuerte aumento en los componentes armónicos más altos (hasta un 10% o más) y un sonido áspero y "metálico". Como saben, "meandro" contiene alrededor del 30% de armónicos impares. Al mismo tiempo, la información útil en los picos de la señal se reemplaza completamente por productos de distorsión puros durante la sobrecarga. En este sentido, la amplificación separada de señales de dos o tres bandas está bastante justificada. Dado que el nivel de los componentes de alta frecuencia es 10 ... 15 dB más bajo, no habrá compresión ni desaparición completa.
Para reducir este tipo de distorsión, se instala un limitador de amplitud (Limiter) directamente a la entrada de un UMZCH convencional. En un UMZCH multibanda, el limitador no está instalado en la entrada común, sino solo en la entrada del amplificador de graves. Además, para amplificadores con fuente de alimentación no estabilizada, es necesario tener en cuenta la posible reducción de la tensión de red. En el diagrama de bloques (Fig. 7) se muestra una posible opción para mejorar el sonido de un amplificador de un solo canal usando un limitador y controles de tono activos separados. En esta opción, al ajustar el limitador se deja un margen de capacidad de sobrecarga del amplificador para los componentes de media y alta frecuencia.
La modulación de amplitud de frecuencias cercanas a los 50, 100 y 200 Hz a la máxima potencia del UMZCH, alimentado por una fuente no estabilizada, también introduce distorsiones adicionales que dan rigidez a los "graves". Este tipo de distorsión se puede eliminar alimentando el UMZCH desde una fuente de tensión estabilizada con una corriente de carga por pulso de al menos 20 A o aumentando la profundidad del OOS en varios órdenes de magnitud en la región de baja frecuencia usando un integrador [ 2]. También se introducen sobretonos adicionales por la autoexcitación del UMZCH durante los transitorios y cuando se opera con una carga compleja. Autor: A. Petrov, Mogilev; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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