Каталог статей

Главная » Все схемы » Усилители НЧ и все к ним » Усилители мощности низкой частоты (на транзисторах)

Выбранная схема!!!


5428
Правда об "абсолютном" УМЗЧ С.Шпака

                                       Правда об "абсолютном" УМЗЧ С.Шпака

Написать эту статью подтолкнула амбициозная публикация [1], броса­ющая вызов всем мировым произ­водителям аудиотехники. Автор обижается, что никто в мире его не понимает. Но, судя по полученным патентам (например, [2]), в патент­ном бюро РФ его идеи восприняли.

Скоро 60 лет, как конструкторы и радиолюбители всего мира "блуж­дают" в поисках структуры "идеаль­ного транзисторного усилителя зву­ковой частоты". За это время нара­ботано множество решений отдель­ных узлов и структур УМЗЧ в целом, получено немало патентов, порой самых нелепых. Некоторые авторы настолько уверены в своей право­те, что, размахивая подобными па­тентами, объявляют на весь мир: их усилители являются "абсолютны­ми", и лучше ничего сделать нельзя!

В [3] предпринята попытка сде­лать обзор наиболее часто встре­чающихся узлов УМЗЧ, которые под силу повторить начинающим радио­любителям, хотя в статье не стави­лась задача рассмотрения схемо­техники усилителей всех существу­ющих классов. Требования к УМЗЧ, которые там изложены, стоит до­полнить следующими:

-     УМЗЧ должен иметь минимум настроек (лучше обходиться вооб­ще без них);

-     температурная стабильность режимов должна быть высокой;

-     выход на рабочий режим дол­жен быть коротким;

-     УМЗЧ должен быть неприхотлив к элементной базе и разбросу па­раметров транзисторов. Сама эле­ментная база должна быть доступ­ной и иметь достаточно "демокра­тическую" стоимость;

-     схема УМЗЧ должна быть легко читаема и понятна (тогда повыша­ется и ремонтопригодность изде­лия).

Сегодня, когда существует ряд удачных схемотехнических реше­ний, конечный результат часто оп­ределяется конкретным исполнени­ем усилителя: разводкой печатной платы, подбором транзисторов как по типу, так и по коэффициенту пе­редачи тока в противоположных плечах каскадов, монтажом, каче­ством источника питания, типом конденсаторов, резисторов и пр.

Автором одного из признанных во всем мире "безупречных" усилите­лей является Дуглас Селф [4]. Его схема чрезвычайно популярна во всем мире, особенно у австралийс­ких радиолюбителей. Только в дай­джестах журнала "Радиохобби" (в разных модификациях) она повто­рялась четыре раза (№2/01, С.19; №3/03, С.10; №6/08, С.24; №1/12, С.23), не считая упрощенной моди­фикации (№4/10, С.22).

Схема этого УМЗЧ, который имеет достаточно высокие технические ха­рактеристики, предельно прозрачна, усилитель легко повторяем и непри­хотлив к разбросу параметров тран­зисторов. Благодаря нагрузке диф­ференциального каскада (ЦК) в виде токового зеркала, ДК автоматически находится в оптимальном сбаланси­рованном режиме. В последней мо­дификации использована двухполюс­ная коррекция, о которой в своих кни­гах (а их более 5) неоднократно упо­минал Д.Селф, что дополнительно снизило искажения в верхней части звукового диапазона. Большую роль для обеспечения хороших характери­стик играют примененные высокоста­бильные генераторы тока (ток ГТ мало зависит от изменения напряже­ния питания, а значит, и от его пуль­саций) — один задает режим ДК, а второй является нагрузкой усилите­ля напряжения (УН). Единственное, на мой взгляд, слабое место в этой структуре - выходной каскад в виде "двойки" (Дарлингтона или Шиклаи). Хотя с современными выходными транзисторами и для нагрузки в виде АС сопротивлением 8 Ом — это не такой уж большой недостаток.

Популярная структура Холтона (Хафлера) с нагрузкой УН в виде отражателя тока с разными моди­фикациями выходного каскада по­степенно сдает позиции и уступает место симметричным структурам УМЗЧ типа "Ланзар", хотя и среди них есть немало достаточно "музы­кальных" модификаций, в том чис­ле, и первый вариант усилителя фирмы TOSHIBA со спаренными транзисторами типа Lateral.

Некоторые разработчики в пого­не за глубокой ООС предпочитают композитные структуры УМЗЧ. Одна из первых таких структур была предложена М.Апександером в на­чале 80-х [5]. По похожей, упрощен­ной, схемотехнике выполнен и уси­литель "Stonecold" Грэма Шмидта (Германия). Аналогичными структу­рами занимался и Е.Гумеля [6].

У меня есть друг, "легкий на подъем", который сразу поверил в эту схемотехнику и тут же, по выходе статьи, переделал свой УМЗЧ. Этот факт мне запомнился тем, что зву­чание его аудиосистемы вдруг ста­ло каким-то другим: "сухим", "колю­чим" что ли! Одним словом, раздра­жающим, долго не послушаешь! Я поинтересовался, в чем тут дело? Он с удовольствием поделился но­востью: сделал апгрейд своей аудио­системе. Не хочу сказать ничего пло­хого об этой схеме, возможно, она была неудачно выполнена, но для себя это направление я закрыл.

С применением ОУ в составе УМЗЧ есть и удачные разработки: С.Агеева, модификации усилителя Н.Сухова, усилитель "Натали" со своими модификациями и ряд дру­гих. Казалось бы, все варианты схем исчерпаны. Но, нет-нет, да и появляются амбициозные "револю­ционные" идеи. Например, выход­ной каскад (ВК) из [1], показанный на рис.1. Не буду описывать прин­цип его работы, кого заинтересует, пусть обращается к оригиналу.

При нулевом потенциале на вхо­де и низком сопротивлении источ­ника сигнала постоянное напряже­ние на выходе составляет 554 мВ (равно напряжению базо-эмиттерного перехода), что обусловлено каскадом с общей базой на входе (транзистор VT2). Если сопротив­ление источника сигнала увели­чить до 10 кОм, что может быть при использовании этого ВК в УМЗЧ без ООС, смещение на выходе воз­растает до 2,5 В. При дальнейшем росте сопротивления источника сигнала смещение выхода стре­мится к +ипит.

Диаграмма Боде упомянутого ВК при изменении сопротивления источ­ника сигнала от 100 Ом до 10 кОм с шагом 2 кОм и изменении сопротив­ления нагрузки от 2 до 8 Ом показа­на на рис.2. 
  
Выходной каскад имеет узкую полосу пропускания (на уров­не -3 дБ), которая, несмотря на глу­бокую ООС, "пляшет" от 90 кГц при нагрузке 2 Ом до 350 кГц при нагруз­ке 8 Ом, в то время как коэффици­ент передачи в полосе до 20 кГц до- статочно стабилен. Девиация фазы на частоте 20 кГц превышает 13°. Причудливые формы АЧХ и ФЧХ, очевидно, связаны с использовани­ем параллельного ВЧ-канала.

Подадим на вход каскада с помо­щью моделирующей программы сиг­нал частотой 20 кГц и посмотрим, как он усиливается (рис.3).

 Верхняя ос­циллограмма — сигнал на выходе УМЗЧ, нижняя — на нагрузке. Как видно, даже индуктивности на выхо­де не спасают от коммутационных искажений. Да это и не удивительно, выходные транзисторы работают с глубокой отсечкой в классе В.

Исследование нелинейных иска­жений (рис.4) показывает, что на частоте 1 кГц усилитель имеет ис­кажения 0,01%, на частоте 10 кГц — 0,6% ("частокол" гармоник по 0,2%), а на частоте 20 кГц — 1,4%.

Если учесть сложность этого ВК, а также низкую частоту среза (90...350 кГц), что потребует серь­езной ВЧ-коррекции для обеспече­ния устойчивости УМЗЧ в целом, использовать в разработках такие ноу-хау я бы не рекомендовал.

А что же второй патент на драй­вер (рис.5) [2], также использован­ный в [1]? Как видим, и эта схема с параллельным ВЧ-каналом. Оче­видно, автор разрабатывал ее под впечатлением от прецизионных уси­лителей низкой частоты А.Данило­ва, которые к звуку не имеют отно­шения.

 Снимем диаграмму Боде уси­лителя при коэффициенте усиления 30 дБ (рис.6). И этот усилитель име­ет "перелет" фазы на частоте единич­ного усиления около 30° (рассмотрен­ные в [1] типовые схемы имеют за­пасы по фазе не менее 60...90°).

 Про­верка драйвера на нелинейные иска­жения на частоте 20 кГц (рис.7) дает около 1,5%, из них вторая гармоника — 1,3%, третья — около 0,4%. Из-за несимметричной структуры он имеет и несимметричное ограничение сиг­нала (рис.8).

Попытка объединить рассмотрен­ные драйвер и выходной каскад в единый УМЗЧ с общей ООС ни к чему хорошему не привела: программа отказалась его моделировать. Воз­можно, автор их использует последо­вательно, без общей ООС. Но с та­ким смещением по постоянному на­пряжению, которое имеет ВК, сигнал можно снимать только через непо­лярный конденсатор большой емко­сти. Думаю, при макетировании про­блем у автора было более чем дос­таточно, и удалось ли их все устра­нить — большой вопрос!

Литература

1.   С.Шпак. Архитектура абсолют­ного УМЗЧ. — Радиолюбитель, 2011, №12; 2012, №№1-4.

2.   С.Шпак. Линейный широкопо­лосный усилитель. — Патент RU2387074C1, H03F1/42 (2006.01).

3.   А.Петров. Эволюция транзис­торных УМЗЧ. — Радиомир, 2011, №№4-12; 2012, №№2-6.

4.   Дуглас СелФ. Проектирование усилителей мощности звуковой ча­стоты. — М, 2009.

5.   Mark Alexander. "A Current Feed­back Audio Power Amplifier", 88th Convention of the Audio Eng. Soc. — Reprint #2902, March 1990.

6.   Е.Гумеля. Качество и схемотех­ника УМЗЧ. — Радио 1985, №9.


А.ПЕТРОВ, г.Могилев.




Источник: "Радиолюбитель"
Категория: Усилители мощности низкой частоты (на транзисторах) | Добавил: Vovka (15.07.2013)
Просмотров: 7704 | Рейтинг: 4.0/1


Всего комментариев: 0

Все ссылки на книги и журналы, представлены на этом сайте, исключительно для ознакомления, авторские права на эти публикации принадлежат авторам книг и издательствам журналов! Подробно тут!
Жалоба

Пожалуйста оставьте свои комментарии !!!!

Имя *:
Email:
Код *:


ElectroTOP - Рейтинг сайтов
Copyright Zloy Soft (Company) © 2008 - 2016