Kako izmjeriti izlaznu impedanciju prijemnika. Kako izmjeriti izlaznu impedanciju. Ulazni i izlazni otpor

Linearno pojačalo

Sljedeća veza, nakon ulaznog stupnja, je linearno pojačalo. Kvaliteta njegovog rada utječe na funkcioniranje cijelog uređaja, a ako je dizajn kola neuspješan, sve se može "lako i prirodno" uništiti. Ovaj dio pojačala pokriven je općom povratnom spregom i kompenziraju se izobličenja koja nastaju u njemu. Samo nemojte polagati velika očekivanja na ovo drugo – jednom kada se pojave distorzije, nikada neće nestati. Postoji mnogo rješenja sklopova za takvu jedinicu, tako da je teško dati jednu opću preporuku. Idemo samo na treći dio.

Izlazni stepen

Izlazni stepen završava pojačalo, tako da mora da obezbedi dobro usklađivanje sa opterećenjem. To znači rad sa visokim naponima i strujama, a opterećenje ima prilično veliku reaktivnu komponentu, kako u električnim tako i mehaničkim karakteristikama. Osim toga, geometrijske dimenzije pojačala i toplinska snaga koju rasipaju radijatori ograničavaju njegovu maksimalnu snagu. Sve ovo nameće vrlo stroge zahtjeve za moguća rješenja kola, pa je stoga push-pull izlazni stepen klase AB najčešći.

Ideja kaskade je razdvajanje pozitivnih i negativnih poluvalova u dva kraka i generiranje struje iz pozitivnog ili negativnog izvora energije u odgovarajuće vrijeme. Ovo dobro funkcionira s velikom amplitudom signala, ali ako se nivo smanji, tada trenutak prelaska nule postaje sve značajniji - to je kada se izlazni tranzistori prebacuju. Da bi se smanjila unesena distorzija, u pojačalu se postavlja određena minimalna struja mirovanja izlaznog stepena, koja osigurava istovremeni rad krakova (pozitivnih i negativnih polutalasa) za niski nivo signala.

Odnosno, zapravo je uveden mali mod A, pa otuda ovo slovo u nazivu klase AB. Nažalost, ne možete napraviti vrlo veliku mirnu struju; efikasnost pojačala pati - u stvari, ova snaga će uvijek biti izgubljena, bilo da postoji signal ili ne. Kako se amplituda signala povećava, dolazi do trenutka kada je struja mirovanja iscrpljena i može uslijediti izobličenje prebacivanja.

Da bi se zaobišao ovaj nedostatak, mala pozadinska struja može se primijeniti kroz neiskorišteni tranzistor, koja će linearizirati radnu točku (važno za niske nivoe harmonika visokog nivoa) i obezbijediti disipaciju naboja (eliminira defekt prebacivanja za signal visoke frekvencije) . Ili možete ići dalje i koristiti EA način rada – „ekonomičan A” (bez prebacivanja, Super A). U ovom slučaju, struja tranzistora neiskorištenog kraka će se postepeno smanjivati ​​kako se povećava izlazni napon suprotnog polariteta.

Za modeliranje klasa AB i EA, sljedeća shema:

Možete se detaljnije upoznati s modelom i izvršiti analizu projektne datoteke.

Pogledajmo struju izlaznog stupnja. Na svim slikama gornja slika pripada klasi AB, donja EA. Za slučaj su uzeti podaci:

• AB – struja mirovanja je smanjena sa 250 mA na 80 mA.
• EA - struja mirovanja je ostala nepromijenjena, 150 mA, agresivnost kontrole struje neaktivne ruke je varirala - od najaktivnije do potpunog isključivanja kontrole struje tranzistora.

Uzmimo dva slučaja - amplituda signala od 1 volta (lijevo) i 10 volti (desno):

Na niskim nivoima signala, klasa AB radi u režimu A i stoga ne unosi nikakva vidljiva izobličenja. Za EA klasu ovo je nešto složenije; čak su i harmonici potencijalno prisutni zbog očigledne strujne asimetrije. Ali to je samo "potencijalno", višak struje teče kroz tranzistor suprotnog kanala i ne ulazi u opterećenje. Jednostavno rečeno, izvori napajanja prenose struju sa relativno niskim nivoom harmonika, što ne dovodi do negativnih posljedica.

Kako se nivo signala povećava, klasa AB zapravo isključuje neaktivnu ruku, a EA nastavlja da pokušava da je kontroliše. Pogledajmo bliže lokaciju prebacivanja:

U stvari, u EA klasi, oba kraka istovremeno generišu izlazni napon. Sada se okrenimo harmonijskom spektru. U ovom testu frekvencija signala će se smanjiti na 100 Hz, što će osigurati više harmonika u čujnom opsegu, napon od 10 volti.

Za klasu AB, priroda harmoničkog spektra malo zavisi od veličine struje mirovanja, a za EA najbolji rezultati se postižu uz srednji stepen agresivne kontrole struje. Najvjerovatnije, neuspjeh crvenog i zelenog grafikona slijedi iz ideologije kontrole struje tranzistora - u trenutku kada tranzistor prelazi iz radnog stanja u neradno stanje, njegova struja se prilično oštro mijenja, što stvara više harmonika nego što je eliminisan kompenzacijom za kontrolu struje u suprotnoj ruci.

U strujnom krugu pojačala audio frekvencije koji koriste radio cijevi koristi se ili klasa A ili klasa AB, za koju se pobliže ispitivanje ispostavi da je klasa EA sa niskom ili bez kontrolne struje (ljubičasti i sivi grafikon). Ako ga uporedimo s klasom AB, implementiranom u većini pojačala koji koriste tranzistore (i, naravno, u integriranim verzijama), tada je spektar njegovih smetnji intenzivniji i širi.

Izlazna impedansa pojačala

Konvencionalno pojačalo ima izuzetno nisku izlaznu impedanciju zbog efektivnog rada opšte negativne povratne sprege. Nekako se pokazalo da se ovo rješenje smatra ispravnim i za njega su dizajnirani filteri akustičkog sistema i dinamičke glave. Ali da li je ovo zaista dobra stvar? Razmotrimo dva defekta svojstvena akustičnim sistemima - gubitke i izobličenja u žicama koje povezuju pojačalo i zvučnike, kao i izobličenja u samim dinamičkim glavama kada se difuzor kreće.

Davno je otkriven efekat promjene otpora bakrenog vodiča kada je izložen strujama različite jačine i frekvencije, takozvani "efekt poluvodiča". Veličina promjene je beznačajna i ne manifestira se ni na koji način u normalnim primjenama - prijenosu struje, izvorima napajanja, ali dovodi do izobličenja kada se koristi za prijenos visokostrujnog audio signala od pojačala do sistema zvučnika. Da bi se ovaj problem zaobišao, bakreni provodnici se proizvode posebnom proizvodnom tehnologijom, „bakar bez kiseonika“. Osim toga, konektori i konektori imaju i svojstvo unosa izobličenja u odašiljani signal, jer njihov zajednički otpor nije konstantan tokom vremena, iako je male vrijednosti.

Test će uključivati ​​idealna pojačala sa tri tipa izlazne impedanse:

• Sa izuzetno niskom izlaznom impedancijom.
• Izlazna impedansa pojačala je četiri puta veća od impedanse opterećenja.
• Pojačalo radi u režimu "izvor struje" i njegova izlazna impedancija je izuzetno visoka.

U simulaciji će se koristiti sljedeći model:

Da bi se emuliralo izobličenje, u opterećenje se uvodi nelinearni element koji se sastoji od otpornika niskog otpora i Schottky diode. Bilo je moguće stvoriti linearne distorzije opterećenja na bilo koji drugi način, što nije značajno za test. Ova simulacija mjeri struje kroz opterećenja, a ne napone. To je zato što struja kroz zavojnicu uzrokuje pomicanje konusa konvencionalnog drajvera (i što je potpuno drugačije za elektrostatičke zračeće elemente).

Želio bih se zadržati na identifikaciji boja grafikona:

• Zelena – kontrola, idealno kućište. U svim ostalim opcijama, nelinearni element je uključen u opterećenje.
• Crveno je obično pojačalo sa izuzetno niskom izlaznom impedancijom.
• Crno - pojačalo sa izlaznom impedansom četiri puta većom od impedanse opterećenja.
• Plava – izlazna impedancija je vrlo visoka, pojačalo radi u modu izvora struje.

Nema smisla predstavljati primljeni signal, svi oscilogrami su gotovo identični. Mnogo je zanimljivije pogledati spektar:

Vidite li zeleni grafikon ovdje? Ja - ne, bio je potpuno prekriven plavom bojom (trenutni izvorni mod). To znači da povećanje izlazne impedanse pojačala smanjuje štetu uzrokovanu nelinearnim elementima koji su prisutni u spojnim elementima između pojačala i drajvera.

Sada prijeđimo na drugi problem - promjenu induktivnosti namotaja zavojnice zvučnika pri kretanju u polju magnetske praznine. U testu će učestvovati ista tri pojačala, a mi ćemo emulirati nelinearnu induktivnost koristeći prigušnicu sa 4C6 materijalom. Dijagram izgleda ovako:

Razmatranja za ovu šemu su u potpunosti iznesena u prethodnom testu i nisu potrebni posebni komentari. Pogledajmo spektar:

Postoji očigledna intermodulaciona distorzija. Kao iu prethodnom testu, kako se izlazna impedansa pojačala povećava, negativni efekti promjene svojstava induktora (tj. induktivnosti zavojnice zvučnika) se smanjuju.

Postoji još jedna nijansa povezana sa izlaznom impedancijom pojačala - impedancija sistema zvučnika nije konstantna u radnom frekvencijskom opsegu. U niskofrekventnom području, rezonantni efekti se uvode iz vlastitog mehaničkog sistema zvučnika i bas refleksa; za srednje frekvencije, skretni filter djeluje u područjima gdje se radni pojasi zvučnika odvajaju.

Osim toga, sistemi zvučnika su često dizajnirani za pojačalo sa niskom izlaznom impedancijom, i stoga niko ne brine o održavanju konstantne impedanse sistema zvučnika. Ako je jedna od glava visoko osjetljiva, tada se s njom serijski ugrađuje dodatni konstantni otpornik, koji povećava impedanciju zvučnika u radnom frekvencijskom opsegu ovog zvučnika. Ako je takav zvučnik spojen na pojačalo s većom izlaznom impedancijom, karakter zvuka će postati drugačiji.

Međutim, pažljivim podešavanjem filterskih elemenata, ovaj nedostatak se može eliminisati ili značajno smanjiti, ali se rezonantne pojave u niskofrekventnom dijelu ne mogu kompenzirati. Korekcija je moguća, ali krajnje neugodna - morat ćete instalirati visokokvalitetno i pažljivo podešeno LC kolo paralelno s niskofrekventnom dinamičkom glavom.

Naravno, to niko neće raditi u serijskom dizajnu, a izuzetno je rijedak u amaterskoj opremi, pa će povezivanje zvučnika na pojačalo s visokom izlaznom impedancijom neizbježno dovesti do promjene karaktera bas zvuka - nivoa signala sa frekvencija mehaničke rezonancije će se povećati, a vrijeme prizvuka će se povećati. Ovaj efekat se može delimično smanjiti akustičnim prigušenjem - postavljanjem materijala sa smanjenom akustičnom prozirnošću i viskoznošću u prozore na zadnjoj strani zvučnika.

U svoje lično ime želim da dodam da ova tehnika nije baš dobra, i da ima moguće neugodne posljedice, pa je bolje mijenjati vrstu izlazne impedanse pojačala u zavisnosti od frekvencije signala nego se "rugati" dinamičke glave. Ono što je važno u vezi s ovim problemom je da se prelaskom na strujno-izlazno pojačalo mijenja karakter zvuka i nekima se može, a možda i ne sviđa, ali to nema nikakve veze sa eliminacijom distorzije u sistemu zvučnika izražene u posljednja dva testa. .

Dakle, govorimo o radio cijevima, pa kakve veze ima izlazna impedancija s tim? Nažalost, ovo proizilazi direktno iz tehnologije. Izlazna impedancija pojačala je prilično visoka i opšta povratna sprega je čini malom. Što je moćniji, veća je margina pojačanja u petlji, bolje se kompenzuju sva izobličenja u pojačalu... uključujući izlaznu impedanciju. U pojačavačima baziranim na radio cijevima dubina povratne sprege je mala, a sami upravljački elementi imaju značajan unutrašnji otpor (radio cijevi općenito su po svojoj prirodi izvori struje, a ne otpora).

Kao rezultat toga, cijevna pojačala nemaju nisku izlaznu impedanciju, pa stoga - pogledajte odjeljak - u određenoj mjeri kompenziraju negativne elemente u sistemu zvučnika i priključku na pojačalo. Šta sprečava da se isto implementira u "tranzistorskoj" verziji?...

zaključci

Znate, ova priča sa razvojem strujnih kola veoma podseća na evoluciju sovjetskog javnog prevoza. U „zastojnim“ vremenima autobusi su, zahvaljujući slabim motorima, sporije povećavali brzinu, put mi je trajao 25-40 minuta. U periodu nakon perestrojke promijenio se vozni park, povećala se snaga motora i efikasnost kočionog sistema. Kao rezultat toga, putovanje je počelo da traje od pola sata do nekoliko sati, ali to nije poenta. Povećanje snage motora dovelo je do činjenice da se očajnički osjećate kao "drva za ogrjev".

Shvatanje da su vozači ove vrste transporta profesionalci u svojoj oblasti ne ulepšava osećaj start-stop režima u saobraćajnoj gužvi. Brzo ubrzanje i kratko vrijeme kočenja odličan su način za kretanje u saobraćaju, ali ste zaboravili na drva za ogrjev? Snažnija dinamika autobusa omogućava vam da brže stignete do odredišta, ali kome je potrebno pet posto uštede vremena po toj cijeni?

Sličan problem postoji i sa krugom pojačala. Da, tranzistori su efikasniji i bolji od radio cijevi. Prilikom projektovanja opreme moguće je dobiti ultra-nizak nivo harmonika i drugih karakteristika pojačala (izlazna impedansa, brzina napona izlaznog signala, maksimalna frekvencija, itd.), ali sa kojim posledicama? Nije stvar u broju komponenti; SOT-23 ili integrirana rješenja zauzimaju malo prostora u poređenju s jednom radio cijevi. Problem je u pristupu - u borbi za "lijepe brojke" često zaboravljaju na ono glavno - kvalitet zvuka.

Stav različitih kompanija prema sklopovima pojačala je prilično indikativan - japanski modeli imaju bolje tehničke karakteristike od evropskih dizajna, ali zvuče lošije. Ovo mišljenje je iznio autoritativan izvor, ali dosta davno, tako da ne mogu dati linkove. Međutim, slažem se s njim, moji argumenti su izneseni u ovom članku. Radio cijevi su atavizam koji treba nestati. Samo trebate koristiti uobičajena rješenja krugova, uzeti u obzir sve nijanse i probleme, a ne juriti lijepe brojeve. Da li se slažete sa ovim ili ne, izbor je na vama. Molim vas da to ima smisla.

Visoko linearni UMZCH sa visokom izlaznom impedancijom

A. ORLOV, Irkutsk

Autor je predložio zanimljivu verziju pojačala snage sa visokom izlaznom impedancijom. Njegova posebnost je korištenje kombinacije kola negativne povratne sprege. Upotreba određenih tipova tranzistora pomogla je da se minimiziraju nelinearna izobličenja. To potvrđuje i višefrekventna metoda za mjerenje intermodulacijske distorzije, koja se poklapa sa subjektivnim procjenama rezolucije. O ograničenjima u odabiru zvučnika za rad s takvim pojačalom više puta se raspravljalo na stranicama časopisa - problemi se eliminiraju pravilnim izborom skretnice, dinamičkih drajvera i njihovog akustičnog dizajna.

Trenutno se pojačala snage audio frekvencije (AMP) dijele prema izlaznoj impedanciji: s niskom izlaznom impedancijom i AMP s visokom izlaznom impedancijom. Sa stanovišta teorije električnih kola, UMZCH prvog tipa je naponski kontrolirani izvor napona (VUN), a UMZCH drugog tipa je naponski kontrolirani izvor struje (VTUN). Prednosti i nedostaci svakog od njih su dovoljno detaljno obrađeni kako u štampi tako i na internetu i ovdje se neće dalje raspravljati. Treba napomenuti da je autor predloženog UMZCH-a pobornik „trenutne“ metode upravljanja dinamičkim glavama zvučnika [1], a dalje ćemo govoriti uglavnom o pojačalima s visokom izlaznom impedancijom (UM-IT).

Poznat je UMZCH s "plutajućim" napajanjem (nije direktno spojen na zajedničku žicu pojačala), u kojem je izlazni stupanj koji koristi bipolarne tranzistore spojen prema zajedničkom emiterskom krugu spojen na izlaz op- amp. Za razliku od klasičnog izlaznog stepena na tranzistorima povezanim u kolo sa zajedničkim kolektorom, ovaj stepen ima pojačanje napona. Ova arhitektura UMZCH-a činila je osnovu predloženog pojačala, jer omogućava jednostavne načine implementacije UMZCH-a sa visokom izlaznom impedancijom i potrebnim pojačanjem napona. Zapravo, ovo je snažan strujni generator sa tranzistorima u klasi AB režima sa visokom mirnom strujom, napravljen na bazi pojačala i dizajniran za rad na širokopojasnom zvučniku ili sistemu zvučnika sa filterima dizajniranim za visoku izlaznu impedanciju. Rešenja kola koja se koriste u UM-IT omogućila su značajno smanjenje ulazne i izlazne nelinearnosti i dobijanje niskih nelinearnih izobličenja bez upotrebe kola opšte negativne povratne sprege (GNF). Posebnost predloženog pojačala je upotreba kaskodne veze tranzistora velike snage (OE-OB) u izlaznom stepenu, što je omogućilo postizanje visoke linearnosti, brzine i velikog izlaznog otpora. Međutim, kao što će biti pokazano u nastavku, takva arhitektura se lako može transformirati u klasični UMZCH s niskom izlaznom impedancijom. Ako govorimo o subjektivnim procenama kvaliteta, onda je postignut veoma transparentan zvuk reprodukovane muzike, a ovaj dizajn je jednostavno „poslao” prethodne autorske projekte na rastavljanje.

Tipično, moderan izvor audio signala ima izlaznu impedanciju različitu od nule, a ako je relativno visoka, onda klasični "paralelni" repetitor unosi takozvano "interfejs" izobličenje. Na sl. Slika 1 prikazuje pojednostavljeni dijagram ITUN-a, u kojem je ova vrsta izobličenja skoro potpuno eliminisana.

Na tranzistorima VT1-VT6 i otpornicima R5, R6 napravljen je paralelni sljedbenik (FP) u kojem je ulazni stupanj implementiran prema Sziklaijevom kolu na tranzistorima VT1-VT4, što je omogućilo značajno smanjenje ulazne nelinearnosti u zavisnosti od izlazni otpor izvora signala. Da bi se stabilizovala radna tačka PP tranzistora, primenjuje se strujna pristranost, implementirana na osnovu plutajućeg izvora napona G1 i otpornika R5, R6.

Za razliku od UMZCH-a, koji koristi pristranost napona (tzv. "baterija"), strujna pristranost vam omogućava da povećate pouzdanost rada bez poduzimanja posebnih mjera za osiguravanje toplinske stabilizacije PP tranzistora. Snažni tranzistori VT7, VT8, kao što je već spomenuto, povezani su prema zajedničkom baznom krugu, koji zajedno sa plivajućim napajanjem (G2, G3), pruža širok propusni opseg i visoku izlaznu impedanciju (desetine i stotine kilo-oma) . Budući da je napon na kolektorima tranzistora VT5, VT6 strogo fiksiran naponima na emiterima tranzistora VT7, VT8, takva kaskada, kada se tranzistor montira na zajednički hladnjak, ne podliježe efektu samozagrijavanja, čak ni u nedostatku emiterskih otpornika. Pravi eksperimenti s povećanjem struje mirovanja kaskade na 3...4 A potvrđuju pouzdanost ove metode pristranosti.

Odvojeno, treba reći o neobičnom uključivanju kondenzatora C1 i C2, jer bi se na prvi pogled ovo moglo smatrati klasičnim "pojačavanjem napona", ali to nije tako. Kondenzatori C1, C2, povezani između čvorova niske impedancije - emitera VT5, VT6 i emitera VT1, VT2, isključuju povratnu spregu lokalne struje za signal i istovremeno daju povratnu vezu za oduzimanje distorzije (DSVI). Uvođenje ovih kondenzatora dovodi do povećanja izlaznog napona za 0,5...0,7 dB i smanjenja nelinearnih izobličenja na izlazu UM-IT za 20...30 dB, a autor se nikada nije susreo sa takvim “ hibridni” negativni OS prije. . Kondenzator SZ dodatno stabilizuje napon između baza tranzistora VT5, VT6 u dinamičkom režimu.

Nedostaci UMZCH arhitekture na Sl. 1 treba pripisati nešto lošijoj efikasnosti. To je zbog činjenice da su emiteri tranzistora VT3, VT4 poprečno povezani s emiterima tranzistora VT8, VT7, a struja mirovanja tranzistora VT7, VT8 prelazi struju mirovanja
tranzistori VT5, VT6 na struju emitera tranzistora VT3, VT4. Ova struja ovisi o izboru vrijednosti otpornika R1, R2 i R5, R6, a takvo strujno grananje dovodi do smanjenja efikasnosti kaskade i većeg zagrijavanja moćnih tranzistora VT7, VT8, što povećava hlađenje zahtjevima UMZCH. Struja mirovanja ovisi o otporu otpornika R1-R4 i naponu izvora G1 i može se podesiti u prilično širokom rasponu.

Na sl. Slika 2 prikazuje metodu za transformaciju UM-IT u UMZCH sa niskom izlaznom impedancijom.
Ovdje se koristi plutajuća veza opterećenja RH, a njegov "hladni" izlaz je spojen na priključnu tačku emitera VT5, VT6, a pojačanje napona UMZCH-a je postavljeno omjerom otpornika: Ku = ROC2 /Roci.

Basic

Tehničke karakteristike PA

Nazivni ulazni napon, V 2,3

Nazivna izlazna snaga, W, pri opterećenju od 8 0 m... .20.5

Maksimalna izlazna snaga, W, pri opterećenju

Dobiti po

Napon, dB 18

Opseg pojačanja, Hz 0,1...3-105

Ulazna impedansa

Nelinearna distorzija, %, na nivou od -1 dB od granice 0,0055

Intermodulacijska distorzija, %, na nivou

2 dB od granice 0,0033

Odnos signal/šum, dB,

Ne gori od 100

Kompletna šema UM-IT-a predstavljena je na Sl. 3.

Ulazni stepen (VT1, VT2) koristi komplementarne parove bipolarnih tranzistora Hitachi 2SB647 i 2SD667, a Motorola uređaji MJE15030 i MJE15031, MJL21193 i MJL21194 koriste se kao tranzistori VT3-VT8. Na elementima T1, VD1-VD4, DA1, R1-R3,
+26 V
C1 - C8 i R10, R11 sastavljen je strujni izvor koji stvara konstantni napon od 6,5 V neophodan za rad tranzistora, koji se može podesiti otpornikom R2. Ulazni signal se dovodi kroz anti-interferentni krug R4R5C9 na baze tranzistora VT1, VT2. Otpor otpornika R9 je namjerno smanjen za polovicu u odnosu na otpor otpornika R8, što omogućava smanjenje nelinearnog izobličenja pojačala u modu velikog signala.

Budući da je pad napona između emitera tranzistora VT5,
VT6 i emiteri tranzistora VT1, VT2 ne prelazi 600 mV, a napon na kondenzatoru C12 ne prelazi 1300 mV, zatim su korišćeni niskonaponski (4,5 V) superkapacitivni kondenzatori "Supercap" kompanije AVX - BZ054B. C12-C14. Kondenzatori SY, C11, C15 i induktor L1 povećavaju stabilnost pojačala i smanjuju zahtjeve za kvalitetom ugradnje konstrukcije.

Preporučljivo je induktor L1 izraditi na zatvorenom magnetskom kolu ili sa magnetskom zaštitom, a njegovo djelovanje
Aktivni otpor ne bi trebao biti veći od 0,1 Ohm. Elementi TZ, VD6-VD9, R14, C18-C24 imaju plivajuće napajanje sa takozvanom „virtuelnom“ srednjom tačkom (elementi C16, C17, VT9, VT10, VD5, R12, R13). Ovo rješenje je posuđeno iz dizajna kola QUAD tranzistorskih pojačala i omogućava vam da napustite sistem zaštite zvučnika; štoviše, prema autoru, zvuk je bolji s UMZCH i "virtualnom" srednjom tačkom. Istovremeno, UM-IT može raditi i iz klasičnog izvora napajanja.

Koristeći podešavanje otpornika R13, pojačalo se balansira u odnosu na istosmjernu struju, postižući jednakost napona kolektora tranzistora VT7, VT8 u odnosu na zajedničku žicu UMZCH. U strujnim krugovima nema filmskih kondenzatora, ali pojačalo održava dobru stabilnost. Struja mirovanja tranzistora završnog stupnja VT7, VT8 iznosi 800 mA, a za hlađenje hladnjaka koriste se kompjuterski ventilatori (12 V), koji se napajaju preko integrisanih stabilizatora na 7809 čipova (nije prikazano na dijagramu) kako bi se smanjio brzina rotacije. Za zaštitu od smetnji koje dolaze iz napajanja, na transformatoru T2 se koristi zajednički filter; njegovi namoti su namotani na feritni prsten M2000NM (ili bliski analog, na primjer N87) vanjskog promjera 28...40 mm i sadrže 18 zavoja žice promjera 1 mm.

Bakarna ploča je prekrivena tekstolitom debljine 1,5 mm, na koju su zalijepljeni oksidni kondenzatori C16, C17. Tranzistori VT3-VT8 su takođe montirani na hladnjak kroz izolacione keramičke zaptivke. Tranzistori VT1, VT2 su fiksirani na vrhu tranzistori VT3, VT4 preko termalne paste. Kao strujni senzor Rc koristi se snažan debeloslojni otpornik Caddock MP930, koji je postavljen na isti hladnjak kao i tranzistori VT1-VT6. Kompletan dizajn pojačala sa uklonjenim gornjim poklopcem prikazan je na fotografiji sl. 5.

UMZCH koristi oksidne kondenzatore koji su dobro dokazani u audio uređajima: Panasonic FC (C6), ELNA Silmic II (C7), Rubycon Black Gate FK (C8), Nichicon KG (C16, C17) i
Nippon Chemi-Con KMG (C18, C19). Pčelinji film kondenzatori - polipropilenski: Wima FKP2 (C9-C11, C15) i Rita PHE426 (C1-C5, C20-C24). Otpornici - Vishay Dale (R5- R8, R10, R11), Caddock MP930 (RC), Firstronics RM (R3, R4, R9, R12), Phoenix Passive Components PR01 (R1, R14) i Bourns 3299W (R2, R13).

Svaki kanal pojačala napajaju odvojeni mrežni transformatori T1 i T3. Budući da se koristi "plutajuća" snaga, preporučljivo je koristiti transformatore s minimalnim kapacitetom između glavnog i sekundarnog namotaja. Transformatori sa prstenastim magnetnim jezgrom, koji se široko koriste u audio tehnologiji, ne bi se trebali koristiti ovdje zbog povećanog kapaciteta međunamotaja. Autor je koristio proizvode kompanije Pro-Power kao T1 i TK. U ovim transformatorima primarni i sekundarni namotaji su prostorno razdvojeni, i

Rice. 5
stvarno izmjereni kapacitet između njih ne prelazi 18...28 pF.

U brojnim eksperimentima sa različitim aktivnim elementima, nekoliko tipova tranzistora je testirano i sledeći elementi su testirani u parovima (vidi sliku 3).

Tranzistori VT1, VT2 - 2SA970 i 2SC2240; 2SA1015 i 2SC1815; 2SA1145 i 2SC2705; BC550 i BC560; 2SA1360 i 2SC3423; 2SA1370 i 2SC3467; 2SA1380 i 2SC3502; 2SB649A i 2SD669A;

KTA1024 i KTS3206; KTA1268 i

KTS3200; 2N5401 i 2N5551; MJE340 i MJE350; BC639 i BC640; 2SB647 i 2SD667.

Tranzistori VT3, VT4 - 2SA1930 i 2SC5171; 2SB649A i 2SD669A;

Tranzistori VT5, VT6 - 2SB817 i 2SD1047; MJL21193 i MJL21194;

MJE15030 i MJE15031; BD911 i BD912.

Prilikom mjerenja nelinearnih izobličenja UM-IT korišteno je ekvivalentno opterećenje otpora od 8 Ohma, a to je otpornik od 7,5 Ohma spojen u seriju (skup MLT-2 otpornika povezanih paralelno) i 0,5 Ohm mjerni otpornik Caddock MP930. Iz ovog otpornika se mjerni signal dovodio na ulaz zvučne kartice Echo MiaMIDI, a ekvivalentno opterećenje je preko koaksijalnog kabla dužine 1 m povezano na izlaz pojačala. Na slici 6 prikazan je spektar signala sa frekvencijom od 1 kHz, naponom od 10 V na izlazu pojačala sa otporom opterećenja od 8 Ohma i naponom napajanja UMZCH od 2x26 V. Sa Sl. 6 može se vidjeti da brzo opadajući spektar pojačala ne sadrži više harmonike.
Na sl. Na slici 7 prikazan je spektar signala na izlazu UM-IT, snimljen na nivou izlaznog signala od -1 dB od granice.

Na sl. Na slici 8 prikazan je spektar signala na izlazu UM-IT, koji je snimljen na dvofrekventnom signalu od 19 i 20 kHz. Zamah izlaznog napona kompleksnog signala je 30 V u opterećenje od 8 oma.

Ovdje opisano pojačalo koristi autor u kombinaciji sa četverosmjernim zvučnikom. LF ("midbass"), MF i HF glave se napajaju iz ovog UM-IT-a preko skretnice sa serijskim filterima dizajniranim za izvor signala sa beskonačno velikom izlaznom impedancijom. Na najnižim frekvencijama (u četvrtom opsegu zvučnika), koristi se elektroakustička povratna sprega sa pojedinačnim mostovima UMZCH.

UMZCH s visokom izlaznom impedancijom nije baš popularan među ljubiteljima kvalitetne reprodukcije zvuka, jer nameće jaka ograničenja na tipove zvučnika koji se koriste: to je ili širokopojasni zvučnik ili domaći višepojasni egzotik s miješanjem pod izvor struje.

(O SMANJENJU INTERMODULACIJSKOG IZOBRAŽENJA I ZVUKA U ZVUČNICIMA)

Razlika u zvuku zvučnika pri radu s različitim UMZCH-ovima prvi put se uočava kada se uporede cijevna i tranzistorska pojačala: spektar njihovih harmonijskih izobličenja često se značajno razlikuje. Ponekad su uočljive razlike među pojačalima iste grupe. Na primjer, u jednom od audio časopisa, ocjene koje je dala cijev UMZCH snage 12 i 50 W bile su naklonjene u korist manje moćne. Ili je procjena bila pristrasna?

Čini nam se da autor članka uvjerljivo objašnjava jedan od mističnih razloga za pojavu prolaznih i intermodulacijskih izobličenja u zvučnicima, koji stvaraju primjetnu razliku u zvuku pri radu s različitim UMZF-ima. Također nudi pristupačne metode za značajno smanjenje izobličenja zvučnika, koje se vrlo jednostavno implementiraju korištenjem modernih komponenti.

Danas je općeprihvaćeno da je jedan od zahtjeva za pojačalo snage osigurati da njegov izlazni napon ostane konstantan kada se promijeni otpor opterećenja. Drugim riječima, izlazni otpor UMZCH-a trebao bi biti mali u odnosu na opterećenje, ne više od 1/10,1/1000 otpora modula (impedanse) opterećenja |Z n |. Ovo gledište se ogleda u brojnim standardima i preporukama, kao iu literaturi. Čak je i takav parametar kao što je koeficijent prigušenja - K d (ili faktor prigušenja) posebno uveden, jednak omjeru nominalnog otpora opterećenja prema izlaznom otporu pojačala R out PA. Dakle, uz nominalni otpor opterećenja od 4 oma i izlaznu impedanciju pojačala od 0,05 oma, K d će biti jednak 80. Trenutni standardi za HiFi opremu zahtijevaju da faktor prigušenja visokokvalitetnih pojačala bude najmanje 20 (i to je preporučuje se najmanje 100). Za većinu komercijalno dostupnih tranzistorskih pojačala, Kd je veći od 200.
Argumenti u korist malog R out PA (i, shodno tome, visokog K d) su dobro poznati: oni su osiguravanje zamjenjivosti pojačala i sistema zvučnika, postizanje efektivnog i predvidljivog prigušenja glavne (niskofrekventne) rezonancije zvučnik, kao i pogodnost merenja i poređenja karakteristika pojačala. Međutim, uprkos legitimnosti i valjanosti navedenih razmatranja, zaključak o potrebi ovakvog omjera, po mišljenju autora, fundamentalno pogrešno!

Stvar je u tome što se ovaj zaključak donosi bez uzimanja u obzir fizike rada elektrodinamičkih glava zvučnika (SG). Ogromna većina programera pojačala iskreno vjeruje da je sve što se od njih traži da proizvedu potreban napon na datom otporu opterećenja uz što manje izobličenja. Dizajneri zvučnika, zauzvrat, izgleda da moraju pretpostaviti da će njihovi proizvodi biti napajani pojačalima sa zanemarljivom izlaznom impedancijom. Čini se da je sve jednostavno i jasno - koja bi pitanja mogla biti?

Ipak, pitanja ima, i to vrlo ozbiljnih. Glavno je pitanje veličine intermodulaciona distorzija koju uvodi GG kada radi od pojačala sa zanemarljivim unutrašnjim otporom (izvor napona ili EMF izvor).

“Kakve veze ima izlazna impedansa pojačala s ovim? Nemoj me zavaravati!” - reći će čitalac. - I pogrešiće. Da, i to najdirektnije, uprkos činjenici da se činjenica ove zavisnosti pominje izuzetno retko. U svakom slučaju, nisu pronađeni moderni radovi koji bi razmatrali ovaj uticaj na Sve parametri elektroakustičkog puta od kraja do kraja - od napona na ulazu pojačala do zvučnih vibracija. Kada smo razmatrali ovu temu, ranije smo iz nekog razloga bili ograničeni na analizu ponašanja GG u blizini glavne rezonancije na nižim frekvencijama, dok se ništa manje zanimljive stvari dešavaju na osjetno višim frekvencijama - par oktava iznad rezonantne frekvencije.

Ovaj članak ima za cilj da popuni ovu prazninu. Mora se reći da je u cilju povećanja dostupnosti prezentacija veoma pojednostavljena i shematizovana, pa je niz „suptilnih“ pitanja ostao neispitan. Dakle, da bismo razumjeli kako izlazna impedansa UMZCH utječe na intermodulacijsku distorziju u zvučnicima, moramo se sjetiti kakva je fizika emisije zvuka od strane GG difuzora.

Ispod frekvencije glavne rezonancije, kada se na namotaj zvučne zavojnice GG dovede sinusoidni signalni napon, amplituda pomaka njenog difuzora određena je elastičnim otporom suspenzije (ili zraka komprimiranog u zatvorenoj kutiji) i iznosi gotovo nezavisno od frekvencije signala. Rad GG-a u ovom načinu rada karakteriziraju velika izobličenja i vrlo mali povrat korisnog akustičnog signala (vrlo niska efikasnost).

Na frekvenciji glavne rezonancije, masa difuzora, zajedno s oscilirajućom masom zraka i elastičnošću ovjesa, formiraju oscilatorni sistem, sličan utegu na oprugi. Efikasnost zračenja u ovom frekventnom opsegu je blizu maksimuma za ovaj GG.

Iznad frekvencije glavne rezonancije, inercijalne sile difuzora, zajedno s oscilirajućom zračnom masom, ispadaju veće od elastičnih sila suspenzije, pa se pomak difuzora ispostavlja obrnuto proporcionalnim kvadratu frekvencije. Međutim, ubrzanje difuzora je teoretski nezavisno od frekvencije, što osigurava ujednačenost frekvencijskog odziva u smislu zvučnog pritiska. Posljedično, da bi se osigurala ujednačenost frekvencijskog odziva GG na frekvencijama iznad frekvencije glavne rezonancije, potrebno je primijeniti silu konstantne amplitude na difuzor sa strane zvučne zavojnice, kao što slijedi iz Newtonovog drugog zakona ( F=m*a).

Sila koja djeluje na difuzor iz zvučne zavojnice proporcionalna je struji u njemu. Kada je GG spojen na izvor napona U, struja I u zvučnoj zavojnici na svakoj frekvenciji određuje se iz Ohmovog zakona I(f) = U/Z g (f), gdje je Z g (f) zavisna od frekvencije složeni otpor zvučne zavojnice. Određuju ga prvenstveno tri veličine: aktivni otpor zvučne zavojnice R g (mjeren ommetrom), induktivnost L g. Na struju također utiče povratni EMF koji nastaje kada se zvučna zavojnica kreće u magnetskom polju. i proporcionalna je brzini kretanja.

Na frekvencijama koje su znatno veće od glavne rezonancije, vrijednost povratnog EMF-a može se zanemariti, jer difuzor sa zvučnom zavojnicom jednostavno nema vremena da se ubrza u pola perioda frekvencije signala. Stoga je ovisnost Zg (f) iznad glavne rezonantne frekvencije određena uglavnom vrijednostima Rg i Lg

Dakle, ni otpor Rg ni induktivnost Lg nisu posebno konstantni. Otpor zvučne zavojnice jako zavisi od temperature (TCR bakra je oko +0,35%/o C), a temperatura zvučne zavojnice malog srednjefrekventnog GG tokom normalnog rada menja se za 30...50 o C i to vrlo brzo - za desetine milisekundi i manje. U skladu s tim, otpor zvučne zavojnice, a samim tim i struja kroz nju, i zvučni pritisak pri konstantnom primijenjenom naponu mijenjaju se za 10...15%, stvarajući intermodulacionu distorziju odgovarajuće veličine (kod niskofrekventnih GG, termička čija je inercija velika, zagrijavanje zvučne zavojnice uzrokuje efekat termičke kompresije signala).

Promjene induktivnosti su još složenije. Amplituda I faza Struja kroz zvučnu zavojnicu na frekvencijama znatno većim od rezonantne je u velikoj mjeri određena veličinom induktivnosti. I to uvelike ovisi o položaju zvučne zavojnice u procjepu: s normalnom amplitudom pomaka za frekvencije samo nešto veće od glavne rezonantne frekvencije, induktivnost se mijenja za 15...40% za različite GG. U skladu s tim, pri nazivnoj snazi ​​dostavljenoj zvučniku, intermodulacijska distorzija može doseći 10...25%.

Gore navedeno ilustruje fotografija oscilograma zvučnog pritiska snimljenih na jednom od najboljih domaćih srednjefrekventnih GG - 5GDSH-5-4. Blok dijagram mjerne postavke prikazan je na slici.

Kao izvor dvotonskog signala koristi se par generatora i dva pojačala, između čijih izlaza je spojen probni generator, instaliran na akustičnom ekranu površine oko 1 m 2. Dva odvojena pojačala sa velikom rezervom snage (400 W) koriste se kako bi se izbjeglo stvaranje intermodulacijske distorzije kada dvotonski signal prođe kroz put pojačanja. Zvučni pritisak koji razvija glava bio je percipiran elektrodinamičkim trakastim mikrofonom, čija su nelinearna izobličenja manja od -66 dB pri nivou zvučnog pritiska od 130 dB. Zvučni pritisak takvog zvučnika u ovom eksperimentu bio je približno 96 dB, tako da se izobličenje mikrofona u ovim uslovima moglo zanemariti.

Kao što se može vidjeti na oscilogramima na ekranu gornjeg osciloskopa (gornji - bez filtriranja, donji - nakon visokopropusnog filtriranja), modulacija signala frekvencije od 4 kHz pod utjecajem drugog sa frekvencija od 300 Hz (sa snagom na glavi od 2,5 W) prelazi 20%. Ovo odgovara vrijednosti intermodulacione distorzije od oko 15%. Čini se da nema potrebe podsjećati da je prag uočljivosti proizvoda intermodulacijske distorzije mnogo niži od jedan posto, dostižući u nekim slučajevima i stotinke procenta. Jasno je da se izobličenja UMZCH-a, osim ako su "meke" po prirodi i ne prelaze nekoliko stotinki postotka, jednostavno ne razlikuju na pozadini izobličenja u zvučniku uzrokovanih njegovim radom od izvora napona. Proizvodi intermodulacione distorzije uništavaju transparentnost i detalje zvuka - dobijate "kašu" u kojoj se pojedinačni instrumenti i glasovi čuju samo povremeno. Ova vrsta zvuka je verovatno dobro poznata čitaocima (dobar test za izobličenje je fonogram dečjeg hora).

Stručnjaci mogu tvrditi da postoji mnogo načina da se smanji varijabilnost impedance zvučne zavojnice: popunjavanje praznine rashladnom magnetnom tekućinom, postavljanje bakrenih kapa na jezgre magnetnog sistema i pažljiv odabir profila jezgra i gustine namotaja zavojnice, i mnogo više. Međutim, sve ove metode, prvo, u principu ne rješavaju problem, a drugo, dovode do komplikacije i povećanja cijene proizvodnje GG-a, zbog čega se ne koriste u potpunosti čak ni u studijskim zvučnicima. Zbog toga većina srednjofrekventnih i niskofrekventnih GG-a nema ni bakarne kape ni magnetnu tekućinu (kod takvih GG-a, kada rade punom snagom, tekućina se često izbacuje iz otvora).

Shodno tome, napajanje GG-a iz izvora signala visokog otpora (u granicama - iz izvora struje) je koristan i svrsishodan način da se smanji njihova intermodulaciona distorzija, posebno kada se konstruišu višepojasni aktivni akustički sistemi. Prigušenje glavne rezonancije u ovom slučaju mora biti urađeno isključivo akustički, budući da intrinzični faktor kvaliteta akustike GG srednje frekvencije, po pravilu, znatno premašuje jedinicu, dostižući 4...8.

Zanimljivo je da se upravo ovaj način "strujnog" napajanja GG javlja u cijevnim UMZCH sa pentodnim ili tetrodnim izlazom s plitkim (manjim od 10 dB) OOS, posebno u prisustvu lokalnog OOS u smislu struje u obliku otpora u katodnom kolu.

Tokom procesa postavljanja ovakvog pojačala, njegovo izobličenje bez ukupne povratne sprege je obično unutar 2,5% i jasno je uočljivo na uho kada je spojeno na prekid u kontrolnom putu (metoda poređenja sa „ravnom žicom“). Međutim, nakon povezivanja pojačala sa zvučnikom, otkriva se da kako se dubina povratne sprege povećava, zvuk se prvo poboljšava, a zatim dolazi do gubitka detalja i transparentnosti. Ovo je posebno uočljivo kod višepojasnih pojačala, čiji izlazni stupnjevi rade direktno na odgovarajućim glavama zvučnika bez ikakvih filtera.

Razlog za ovaj, na prvi pogled, paradoksalni fenomen je u tome što kako se dubina povratne sprege u naponu povećava, izlazna impedancija pojačala naglo opada. Negativne posljedice napajanja GG iz UMZCH s niskim izlaznim otporom su razmotrene gore. Kod triodnog pojačala izlazna impedancija je po pravilu znatno niža nego kod pentodnog ili tetrodnog pojačala, a linearnost prije uvođenja OOS je veća, pa uvođenje OOS u napon poboljšava performanse jednog pojačala, ali istovremeno vrijeme dodatno pogoršava performanse glave zvučnika. Kao rezultat toga, kao rezultat uvođenja negativne povratne sprege na izlazni napon u triodno pojačalo, zvuk može zaista postati lošiji, unatoč poboljšanju karakteristika samog pojačala! Ova empirijski utvrđena činjenica služi kao nepresušna hrana za spekulacije na temu štetnosti upotrebe povratne sprege u audio pojačalima, kao i nagađanja o posebnoj cijevnoj transparentnosti i prirodnosti zvuka. Međutim, iz gore navedenih činjenica jasno proizilazi da stvar nije u prisustvu (ili odsustvu) samog OOS-a, već u rezultujućoj izlaznoj impedanciji pojačala. Ovdje je "pas zakopan"!

Vrijedi reći nekoliko riječi o korištenju negativnog izlaznog otpora UMZCH-a. Da, pozitivna strujna povratna sprega (POF) pomaže prigušiti GG na osnovnoj rezonantnoj frekvenciji i smanjiti snagu koju rasipa zvučna zavojnica. Međutim, za jednostavnost i efikasnost prigušenja treba platiti povećani uticaj induktivnosti GG na njegove karakteristike, čak iu poređenju sa režimom rada iz izvora napona. To je zbog činjenice da je vremenska konstanta L g /R g zamijenjena većom jednakom L g /. Shodno tome, frekvencija se smanjuje, počevši od čega induktivna reaktancija počinje dominirati u zbiru impedansi sistema "GG + UMZCH". Slično, povećava se utjecaj toplinskih promjena u aktivnom otporu zvučne zavojnice: zbir promjenjivog otpora zvučne zavojnice i konstantnog negativnog izlaznog otpora pojačala mijenja se više u procentima.

Naravno, ako R izađe. Apsolutna vrijednost PA ne prelazi 1/3...1/5 aktivnog otpora namotaja zvučne zavojnice, gubitak od uvođenja PIC-a je mali. Stoga se slaba struja PIC može koristiti za malo dodatno prigušivanje ili za precizno podešavanje faktora kvalitete u niskofrekventnom opsegu. Osim toga, trenutni PIC i trenutni način izvora u UMZCH nisu međusobno kompatibilni, zbog čega trenutno napajanje GG u niskofrekventnom opsegu, nažalost, nije uvijek primjenjivo.

Očigledno smo shvatili intermodulacionu distorziju. Sada ostaje razmotriti drugo pitanje - veličinu i trajanje zvukova koji se pojavljuju u GG difuzoru prilikom reprodukcije impulsnih signala. Ovo pitanje je mnogo složenije i suptilnije.

Teoretski postoje dvije mogućnosti za uklanjanje ovih prizvuka. Prvi je da se sve rezonantne frekvencije pomjere izvan opsega radne frekvencije, u područje udaljenog ultrazvuka (50...100 kHz). Ova metoda se koristi u razvoju visokofrekventnih GG male snage i nekih mjernih mikrofona. U odnosu na GG, ovo je metoda “tvrdog” difuzora.

Dakle, moguća je i treća opcija - korištenje GG-a sa relativno "krutim" difuzorom i uvođenje njegovog akustičnog prigušenja. U ovom slučaju moguće je donekle kombinovati prednosti oba pristupa. Ovako se najčešće prave studijski monitorski zvučnici (veliki monitori). Naravno, kada se prigušeni GG napaja iz izvora napona, frekvencijski odziv je značajno izobličen zbog oštrog pada ukupnog faktora kvalitete glavne rezonancije. U ovom slučaju, izvor struje se također pokazuje poželjnijim, jer pomaže u izjednačavanju frekvencijskog odziva uz eliminiranje efekta toplinske kompresije.

Sumirajući gore navedeno, možemo izvući sljedeće praktične zaključke:

1. Rad na glavi zvučnika iz izvora struje (za razliku od izvora napona) omogućava značajno smanjenje intermodulacione distorzije koju unosi sama glava.

2. Najprikladnija opcija dizajna za zvučnik sa niskim intermodulacijskim izobličenjem je aktivni višepojasni, sa skretnim filterom i zasebnim pojačalima za svaki opseg. Međutim, ovaj zaključak vrijedi bez obzira na način hranjenja GG.

4. Da bi se dobila visoka izlazna impedancija pojačala i održala niska vrijednost njegovog izobličenja, potrebno je koristiti povratnu spregu ne po naponu, već po struji.

Naravno, autor razumije da predložena metoda smanjenja distorzije nije lijek za sve. Osim toga, u slučaju korištenja gotovog višesmjernog zvučnika, napajanje strujom njegovih pojedinačnih GG-ova bez modifikacije je nemoguće. Pokušaj povezivanja višepojasnog zvučnika u cjelini na pojačalo s visokom izlaznom impedancijom dovest će ne toliko do smanjenja izobličenja, koliko do oštrog izobličenja frekvencijskog odziva i, shodno tome, do kvara tonske ravnoteže . Ipak smanjenje intermodulacijskih izobličenja GG za skoro red veličine, i sa tako pristupačnom metodom, očito zaslužuje vrijednu pažnju.

S.AGEEV, Moskva

Izlazna impedancija se može odrediti na dva načina.

1) Isključite otpor opterećenja. Kratak spoj aktivnog ulaznog izvora. Primijenite naizmjenični napon na izlazne terminale pojačala. Izračunajte naizmjeničnu struju koja se troši iz izvora. Odredite izlaznu impedanciju pojačala. Ekvivalentno kolo za pojačalo koje implementira ovu metodu prikazano je na slici 2.11.

Slika 2.11 - Ekvivalentno kolo pojačala, za proračun R Out

2) Određivanje izlaznog otpora na osnovu karakteristike opterećenja.

Izlazno kolo pojačala može se predstaviti sljedećim modelom, u kojem je izlazno kolo tranzistora predstavljeno EMF izvorom (slika 2.12).

Slika 2.12 - Ekvivalentno kolo izlaznog kola pojačala

Karakteristika opterećenja pojačala, određena zavisnošću napona opterećenja od struje opterećenja, imaće oblik prikazan na slici 2.13.

Slika 2.13 - Karakteristika opterećenja pojačala

Za izlazni krug pojačala u režimima mirovanja ( R H=¥) i kratki spoj ( R H=0) definiše vrednosti U Hxx I Imam kratak spoj:

Iz karakteristike opterećenja proizlazi da je izlazna impedancija pojačala:

Pod uslovom da , možemo napisati: .

Posljedično, rezultati određivanja izlaznog otpora dobiveni prvom i drugom metodom su isti.

Budući da su ulazne i izlazne impedanse kola sa OE proporcionalne, moguće je sekvencijalno uključiti kaskade pojačala sa OE ako su oni na zadovoljavajući način usklađeni. Tako, na primjer, za dvostepeni pojačavač sa faktorima pojačanja K 1 i K 2 i jednakošću R Out1 = R In2, dobijamo ukupno pojačanje pojačala.

Zaključci:

Kolo pojačala napona (VO) ima približno jednake ulazne i izlazne otpore, što omogućava usklađivanje napona ulaznog otpora sljedećeg stupnja s izlaznim otporom prethodnog kada su serijski povezani u višestepenim pojačavačima. Kolo sa OB ne dozvoljava takvo uključivanje, budući da . Za uzastopno prebacivanje kaskada sa OC između njih, potrebno je uključiti odgovarajuće kaskade, koje su izgrađene prema šemi sa OC (pogledajte odeljak 2.3).

Pojačanje napona kola sa OE i OB KU>>1 (desetice) i razlikuju se samo u faznim odnosima j OE=180°, j O=0°.

Strujni dobici za kolo sa OE ( K I>>1), a za kolo sa OB ( K I<1). Поскольку коэффициент усиления по мощности K P=K U × K I, tada kolo sa OE ima najveći koeficijent.

Kolo pojačala napona sa OE ima širu primjenu u elektronici, međutim, kolo sa OB, unatoč nizu ovih nedostataka, koristi se u skladu sa svojim prednostima. To uključuje najveću temperaturnu stabilnost i manja nelinearna izobličenja (vidi Odjeljak 5).

8 FREKVENCIJSKE KARAKTERISTIKE RC POJAČALA
ZVUČNE FREKVENCIJE

6.3. Instalacija i proučavanje aperiodijskog niskofrekventnog pojačala na bipolarnom tranzistoru

U pojačivačima na bipopolarni tranzistori koriste tri sheme povezivanja tranzistora: sa zajedničkom bazom, sa zajedničkim emiterom, sa zajedničkim kolektorom. Najraširenija shema povezivanja je sa zajedničkim emiterom.

Podsjetimo da ulazna kola osjetljivog niskofrekventnog pojačala moraju biti izrađena od oklopljene žice.

Proučiti rad pojačala prema dijagramu na slici 6.6 možete sastaviti pojačalo pomoću onog prikazanog na slici 6.8 štampana ploča.

Prilikom ugradnje pojačala, neophodno je paziti na polaritet povezivanja elektrolitskih kondenzatora. Dijagram ožičenja pokazuje polaritet povezivanja samo jednog elektrolitskog kondenzatora. Polaritet povezivanja druga dva kondenzatora određen je dijagramom strujnog kruga pojačala. Pošto je izlaz generatora sinusoidaAko oscilacije koje će se koristiti za testiranje proizvedenog pojačala nemaju komponentu konstantnog napona, tada bi polaritet kondenzatora pri korištenju tranzistora n-p-n tipa trebao biti kao što je prikazano na slici 6.6, a za tranzistor tipa p-n-p - na slici 6.7. .

Budući da elektrolitski kondenzatori imaju induktivnu reaktanciju, keramički kondenzatori malog kapaciteta se postavljaju paralelno s elektrolitičkim kondenzatorima u visokokvalitetnim niskofrekventnim pojačivačima.

Mjerenje osjetljivosti i nominalnog izlaza

snaga pojačivača niske frekvencije

Potrebna vrijednost harmonijskog izobličenja na izlazu pojačala je unaprijed podešena. Kontrola jačine zvuka pojačala je postavljena na poziciju maksimalne jačine, a kontrole tona na srednju poziciju. Svi mjerni instrumenti su povezani na mrežu uređaja i napaja pojačalo. Iz generatora zvuka, preko razdjelnika napona na otpornicima R 1, R 2, na ulaz pojačala se dovodi sinusni napon frekvencije 1000 Hz. Postepeno povećavajte sinusni napon na ulazu pojačala i istovremeno mjerite harmonijsku distorziju signala na izlazu pojačala. Čim harmonijska distorzija dostigne određenu vrijednost, izmjeriti napon na izlazu pojačala U N.OUT i odrediti napon na ulazu pojačala U N.IN. Ako ne postoji osjetljivi elektronski voltmetar, tada se napon na ulazu pojačala određuje nakon mjerenja napona elektronskim voltmetrom 1 U 1 na ulazu djelitelja napona (na otpornicima R 1 i R 2 - sl. 6.9 ).

(6.1)

Ako je osjetljivost pojačala niska, možete bez djelitelja napona, jer ometajući naponi koji nastaju pri spajanju ispitnih vodova na ulazni krug pojačala neće imati značajan utjecaj na rezultate mjerenja.

Ulazni napon U n.in karakterizira osjetljivost pojačala pri datoj harmonijskoj distorziji na izlazu pojačala. Nazivna izlazna snaga pri opterećenju Rn određena je formulom:

(6.2)

Faktor harmonijskog izobličenja od 5-8% može se približno odrediti pomoću osciloskopa. Sa takvim harmonijskim izobličenjem, izobličenje sinusnog vala je primjetno na ekranu osciloskopa. Lakše je detektovati izobličenje sinusnog vala ako koristite osciloskop sa dva snopa i uporedite signal na izlazu pojačala sa signalom na ulazu.

Tako je moguće izmjeriti osjetljivost i odrediti nazivnu izlaznu snagu niskofrekventnog pojačala sa harmonijskom distorzijom signala na izlazu pojačala od 5-8% bez mjerača harmonijske distorzije. Maksimalna izlazna snaga pojačala određena je pri harmonijskoj distorziji od 10%.

Merenje ulazne impedanse pojačala

Ulazna impedansa niskofrekventnog pojačala obično se mjeri na frekvenciji od 1000 Hz. Ako je ulazna impedancija pojačala Rin je znatno manji od unutrašnjeg otpora korištenog voltmetra, tada se za određivanje ulaznog otpora pojačala serijski s njegovim ulazom povezuje otpornik, čiji je otpor približno jednak ulaznom otporu pojačala. Dva elektronska voltmetra su povezana kao što je prikazano na slici 6.10 , gdje je Rin ulazna impedansa pojačala. Određivanje ulaznog otpora pojačala svodi se na rješavanje sljedećeg problema: poznati su naponi U 1 i U 2, prikazani voltmetrima V 1 i V 2, otpor otpornika R; potrebno je odrediti Rin. Budući da je unutrašnji otpor voltmetra V 2 znatno veći od ulaznog otpora pojačala, tada:

(6.3)

Ako se ulazni otpor pojačala pokaže da je srazmjeran unutarnjem otporu voltmetra, tada je nemoguće odrediti Rin na ovaj način.

U ovom slučaju, da bi se odredila ulazna impedancija pojačala, uređaji se sastavljaju prema dijagramu 6.9 , ali samo bez mjerača harmonijske distorzije. Na ulaz pojačala se dovodi sinusni napon frekvencije od 1000 Hz, koji ne prelazi nazivni ulazni napon. Mjere se ulazni Uin1 i izlazni Uout1 naponi pojačala i određuje se naponsko pojačanje K = Uout1 /Uin1. Zatim se otpornik R spoji serijski na ulaz pojačala i, bez promjene napona na izlazu generatora zvuka, mjeri se napon na izlazu pojačala U out2. Napon na izlazu pojačala je smanjen, od kada je otpornik R spojen u serijusa ulazom pojačala, dio napona sa izlaza generatora pada na otpornik R, a dio - na ulazni otpor Rin. Na osnovu zakona serijskog povezivanja možemo napisati:

U in1 = U R + U R ulaz (6.4)

(6.5)

Izrazimo U Rin i U in1 preko napona na izlazu pojačala

(6.6) (6.7)

Zamjenom (6.6) i (6.7) u (6.5) dobijamo:

(6.8)

Iz (6.8) dobijamo izraz za ulaznu impedanciju pojačala:

(6.9)

Da bi se povećala tačnost određivanja Rin, potrebno je da otpor otpornika R bude istog reda kao i ulazna impedansa pojačala Rin.

Mjerenje izlazne impedance pojačala

Izlazna impedansa pojačala određena je Ohmovim zakonom za kompletno kolo

(6.10)

gdje je R n otpor opterećenja, R in je unutrašnji (izlazni) otpor izvora. S obzirom na to da je napon na priključcima izvora U = I× R n iz (6.10) dobijamo

U= e - I× R vn (6.11)

Isključimo Rn, tada će struja I biti vrlo mala, stoga će napon na terminalima izvora U biti jednak elektromotornoj sili e. Povežimo R n. Zatim pad napona unutar izvora (e- U Rn) će se odnositi na pad napona na opterećenju U Rn jer se unutrašnji otpor izvora odnosi na otpor opterećenja

(6.12) (6.13)

Da bi se preciznije odredio unutrašnji (izlazni) otpor pojačala, potrebno je uzeti otpor R istog reda kao i unutrašnji.

Izlazna impedancija pojačala se obično mjeri na frekvenciji od 1000 Hz. Sinusoidni napon od 1000 Hz dovodi se iz generatora zvuka na ulaz pojačala tako datako da kada je opterećenje isključeno, koeficijent harmonika signala na izlazu pojačala nije premašio onu specificiranu za datipojačivač vrijednosti.

Da biste odredili izlazni otpor Rout, dvaput izmjerite izlazni napon pojačala. Kada je opterećenje isključeno, izlazni napon će biti jednak EMF-u, a kada je opterećenje priključeno - U Rn.

Izlazna impedancija pojačala određena je formulom

(6.14)

Konstrukcija amplitudske karakteristike

Važne informacije o kvaliteti pojačala mogu se dobiti iz amplitudnih karakteristika. Za mjerenje amplitudnih karakteristika instrumenti se sastavljaju prema dijagramu na sl. 6.9 , isključujući mjerač harmonika. Iz generatora zvuka na ulaz pojačala se dovodi sinusni napon frekvencije od 1000 Hz tako da postaje vidljiva razlika između signala na izlazu pojačala i sinusoidnog. Rezultirajuća vrijednost ulaznog napona se povećava za približno 1,5 puta, a izlazni napon pojačala se mjeri elektronskim voltmetrom. Dobivene vrijednosti ulaznog i izlaznog napona pojačala dat će jednu od tačaka (ekstremnih) amplitudnih karakteristika pojačala. Zatim se smanjenjem ulaznog napona uklanja ovisnost izlaznog napona o ulaznom naponu. Iz amplitudnih karakteristika pojačala lako se određuje naponsko pojačanje K = U out / U in. Da bi se odredio pojačanje, ulazni i izlazni naponi pojačala moraju biti odabrani u linearnom dijelu amplitudske karakteristike. U ovom slučaju, pojačanje pojačala neće ovisiti o ulaznom naponu.

Merenje nivoa buke pojačala

D Da biste odredili nivo vlastite buke pojačala, izmjerite izlazni napon pojačala spajanjem otpornika na ulaz pojačala, čiji je otpor jednak ulaznom otporu pojačala. Sopstveni nivo buke pojačala je izražen u decibelima - formula (5.6). Kako bi se smanjio utjecaj smetnji od vanjskih elektromagnetnih polja, ulazni krugovi pojačala su pažljivo zaštićeni.

Određivanje efikasnosti pojačala

Efikasnost pojačala se određuje primjenom sinusoidnog napona frekvencije od 1000 Hz koja odgovara nazivnoj izlaznoj snazi ​​na ulaz. Odredite nazivnu izlaznu snagu pomoću formule (6.2)

Snaga koju pojačalo troši iz izvora (izvora) određuje se formulom P 0 =I× U , gdje je I struja potrošena iz izvora, U je napon na terminalima pojačala namijenjenih za spajanje izvora napajanja (dijagram povezivanja ampermetra i voltmetra se bira uzimajući u obzir minimalnu grešku u određivanju snage koju troši pojačalo zavisno od raspoloživog ampermetra i voltmetra).

Određivanje opsega pojačanih frekvencija

Da bi se odredio opseg pojačanih frekvencija i faktor izobličenja frekvencije, gradi se frekvencijska (amplitudno-frekvencijska) karakteristika.

Iz definicije amplitudno-frekventne karakteristike pojačala slijedi da se za njegovu izgradnju bilo koji napon koji odgovara linearnom dijelu amplitudske karakteristike može primijeniti na ulaz pojačala. Međutim, ako je ulazni napon prenizak, može doći do grešaka zbog buke i brujanja naizmjenične struje. Pri visokim ulaznim naponima mogu se pojaviti nelinearnosti elemenata pojačala. Stoga se amplitudno-frekvencijski odziv obično uzima na ulaznom naponu koji odgovara izlaznoj snazi ​​jednakoj 0,1 nazivne snage.

Uređaji za mjerenje amplitudno-frekventnih karakteristika sastavljeni su prema dijagramu na sl. 6.9 , a mjerač harmonika i osciloskop ne moraju biti povezani.

Opseg pojačanih frekvencija se određuje iz amplitudno-frekventne karakteristike, uzimajući u obzir dozvoljena izobličenja frekvencije. Amplitudno-frekvencijski odziv pojačala je ovisnost pojačanja napona o frekvenciji. Od sl. 5.5 možete vidjeti kako odrediti raspon frekvencija pojačanih pojačalom (propusnost) smanjenjem pojačanja na graničnim frekvencijama na 0,7 od maksimuma, što odgovara faktoru izobličenja frekvencije od 3 dB.