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Ausgangsstufe UMZCH mit dynamischer Steuerung der Durchstrom- und Verzerrungskompensation

Ich war einmal von einem Satz aus dem Buch von Bob Cordell beeindruckt [1], über den gleichen Inhalt: "Liebhaber von Röhrenschall bevorzugen den Klang von lateralen Feldeffekttransistoren". Es gab eine Frage – Wie können Sie den Klang eines Verstärkers mit Seitentransistoren unterscheiden?, wenn in den Augen von der Anzahl der Nullen nach dem Dezimalpunkt in der Verzerrung beider Verstärker blendet?

Das Problem ist, dass in den technischen Eigenschaften der UMZCH Verzerrungen nicht für ein reales Signal unter realer Last angegeben sind, und für eine reine Sinuskurve mit einer Frequenz von 1 kHz in ohmsche Last. In diesem Fall werden Messungen an einem Signal mit großer Amplitude durchgeführt, Maskierung fast aller größeren Probleme, in der Nähe von Null entstehen. Alles ist großartig für Liebhaber von rumpelndem "Heavy Metal". Und sie, wer will das Flüstern einer Frau vor dem Hintergrund eines Kontrabasses oder die subtilsten Intonationen einer Stimme hören, sind gezwungen, Röhrenverstärker mit maximaler Leistung zu kaufen 10 W zu einem Preis von tausend USD pro Watt oder heizen Sie den Raum mit Transistorverstärkern, Arbeiten in Klasse A..

Alle problematischen Fragen, über die Koordination der Positionen der UMZCH-Hersteller, die Verbraucher mit extrem niedrigen kg locken (менее 0.0001%, aber mit der Frequenz 1 kHz) und Musikliebhaber, auf drei problematische Positionen reduzieren, was als bezeichnet werden kann: Null Problem (Schaltverzerrung), Ladeproblem, und Testproblem.

Kein Problem

Es tritt in Gegentakt-Leistungsverstärkern nahe dem Laststrom Null auf, wenn eine Übertragung der Steuerung des Ausgangsstroms von einem Arm des Verstärkers zu einem anderen erfolgt. Wenn die Ausgangstransistoren einen bestimmten Ruhestrom haben, Wenn dann das Signal Null überschreitet, erscheint ein Durchgangsstrom, Durchlaufen beider Transistoren, Der Verstärker geht für kurze Zeit in die Klasse A., sein Innenwiderstand fällt ab, Übersetzungsverhältnis nimmt zu.

Wenn der Ausgangsstrom steigt, Einer der Ausgangstransistoren schaltet sich allmählich aus, und der zweite, noch im Anfangsabschnitt der Eingangskennlinie, beginnt den Ausgangsstrom vollständig zu bestimmen und, wenn der Ruhestrom relativ klein ist, sein innerer Widerstand (inverse Steigung bei einem gegebenen Strom) fällt stark ab. deshalb, Für den normalen Betrieb in diesem Modus sollte der Ruhestrom der Transistoren ziemlich signifikant sein (Klasse AB).

Aus diesem Grund, die meisten Monographien Autoren [1-4] empfiehlt die Betriebsart der Ausgangsstufe in einem Modus nahe der Klasse B., wenn jeder Arm des Verstärkers genau die Hälfte des Signals berechnet, und die andere Hälfte – ist im "Cutoff". Dies wird durch Auswahl des Optimums erreicht смещения auf der Basis der Ausgangstransistoren, wenn das Signal nicht mehr "abgeschnitten" ist, aber es ist immer noch kein Strom erkennbar.

Standardmäßig wird davon ausgegangen, dass, wenn die Ausgangsspannungen des Verstärkers nahe Null sind, der relative Betrag der Verzerrung (Kg) kann so groß sein wie du willst, da der absolute Wert der Verzerrung durch Multiplizieren mit einem kleinen Wert des Ausgangssignals erhalten wird und das Ergebnis vernachlässigbar ist. Alles läuft gut mit einem großen Signal und vor allem, mit ohmscher Last. Das Problem ist, das, wenn das Signal nahe Null wächst, wenn die Ausgangstransistoren gerade den aktuellen Abschaltzustand verlassen haben, Verstärker mit tiefer Rückkopplung müssen in die maximale Betriebsart wechseln, Erzwingen der Öffnung des Transistors. In diesem Moment fällt die Verstärkung stark ab, Die Ausgangsimpedanz steigt an, Es tritt eine vorübergehende Verzerrung auf, die im Prinzip nicht durch Feedback beseitigt werden können.

Dies wird durch einfache demonstriert, grobe Schätzungen. wirklich, Anstiegsgeschwindigkeit des Ausgangssignals mit einer Amplitude von etwa 30 In und Frequenz 20 kHz erreicht 4 V / μs. Ausgangsstrom des Verstärkers 100 mA unter Last 4 Ohm wird bei der Ausgangsspannung erreicht 0.4 Rechtzeitig 0.1 μs. [0.4 in /(4 V / μs)= 0,1 μs]. Während dieser Zeit muss der Vorverstärker Zeit haben, um den Ausgangstransistor zu übertakten, Bremsen Sie rechtzeitig und sorgen Sie für den vollen Stromregelungsmodus.

Das heisst, dass die Einschwingzeit des Einschwingverhaltens des gesamten Verstärkers im Kleinsignalmodus sein sollte, Auf Jedenfall, nicht schlimmer als ungefähr 0.1 μs, Das ist eine Größenordnung weniger, Was haben wir in echten Designs von UMZCH?. Auf diese Weise, wir bekommen eine "tote Zone", bei denen die Eigenschaften des Ausgangssignals nicht mehr vom Eingangssignal abhängen, aber von den internen Eigenschaften des Verstärkers. Tatsächlich geht der Verstärker für kurze Zeit in einen Impulsbetriebsmodus., wenn seine Eigenschaften durch transiente Eigenschaften bestimmt werden, abhängig von den Amplituden-Phasen-Frequenz-Eigenschaften im Hochfrequenzbereich (im Megahertzbereich). Verzerrungssignalspektrum, in solchen Prozessen entstehen, erstreckt sich auch auf die Megahertz-Region.

Problem laden

Weiter stehen wir vor dem zweiten Problem, was oft ignoriert wird, – Ladeproblem. Etwas (zum Beispiel, A. Danilov [4]) утверждают, dass die ohmsche Last den Verstärker antreibt, Auf Jedenfall, nicht weniger als echt, Andere (zum Beispiel, Sloan [3]) mangelnde Ladestandards anführen, als ob es ein Argument ist, die Last ausnutzen, nicht dem realen entsprechen. sicher, Der Betrieb an einer ohmschen Last spiegelt in gewisser Hinsicht die Qualität des Verstärkers wider, Ein Verständnis des allgemeinen Problems ist jedoch weiterhin erforderlich. Die Realität ist dies, dass die Last in Form eines dynamischen Lautsprecherkopfes eine grundlegend andere Art von Last ist als eine ohmsche.

Der Hauptunterschied (neben der Induktivität, das ist weniger wichtig) besteht in Gegenwart eines Gegen-EMF-Kopfes, proportional zur Schwingspulendrehzahl (ZK) und gegen die EMK des Verstärkers gerichtet. Betrachten Sie die Option, wenn die Signalfrequenz höher ist als der Frequenzbereich der Resonanzspitze des Kopfes.

In diesem Fall beschleunigt der ZK während der Einwirkung einer der Signalhalbwellen, und der maximale Geschwindigkeitswert wird genau zum Zeitpunkt des Nullpunkts des Ausgangssignals erreicht – Das Geschwindigkeitssignal der Schwingspule bleibt zurück 90 Grad vom Beschleunigungssignal. Im selben Moment (Ausgangsspannung Null) Der Gegen-EMK-Strom erreicht seinen Maximalwert, und dieser Strom muss durch den Innenwiderstand des Verstärkers gelöscht werden. Hinweis, dass der Gegen-EMK-Strom sehr signifikant ist und sogar den Betriebsausgangsstrom des Verstärkers überschreiten kann. Außerdem, Bei einem realen Signal führt die Phasenverschiebung zwischen dem Verstärkerstrom und seiner Ausgangsspannung dazu, dass, dass der Nulldurchgangspunkt des Ausgangsstroms UMZCH im gesamten Bereich der Ausgangsspannungen "läuft", nicht bei Null, wie bei ohmscher Last. Das Problem der Null wird zum Problem des gesamten UMZCH.

Eine ähnliche Nichtübereinstimmung zwischen der Art der Last und der Art des Eingangssignals führt zu einem Testproblem. Testsignal, am relevantesten für die reale, sollte weißes Rauschen sein, oder ein Rauschsignal, DIN standardisiert. Нагрузка – Das ist ein dynamischer Kopf, und Verzerrungen werden durch das Verfahren zum Kompensieren des Ausgangssignals UMZCH mit einem Eingangssignal im gesamten Betriebsbereich der Ausgangssignalpegel bestimmt. Dies ergibt den Gesamtvektorfehler, unter Berücksichtigung nichtlinearer, Intermodulation und Phasenverzerrung.

Wenn die Größe der während eines solchen Tests erhaltenen Verzerrungen innerhalb fällt 0.1 %, dann können wir sagen, dass der Fehler, Verstärker eingeführt, ist zumindest außerhalb der Reichweite, Mittelohr. Solche Tests werden dazu beitragen, den wahren Wert von Ansprüchen auf "Makellosigkeit" oder sogar "absolutes" UMZCH aufzudecken.

Die Wurzel der aufgeführten Probleme – in der geringen Qualität der Ausgangsstufe UMZCH. Kaskade, Crossover-frei, mit geringer Verzerrung aller Art im Audiofrequenzbereich, Spektrum der Harmonischen unbedeutend in der Breite, frei arbeiten an reaktiven Lasten jeglicher Art – Eine solche Kaskade beseitigt diese Probleme. Es geht um eine solche Kaskade, die weiter unten diskutiert wird..

1. Situationsanalyse und Problemstellung.

Sollte betont werden: das Vorhandensein einer "Totzone" im Verhalten der Ausgangstransistoren – Das Problem sind nicht diese Transistoren, aber das ganze Schema, Arbeiten mit OOS, denn in diesen Momenten zwingt der gesamte Verstärker die Verstärkung an die Grenze, und dann für eine lange Zeit "kommt aus dem Schock". Spannungsspitzen, Begrenzung der Verstärkung, und Klapperschlange, begleitender Ausstieg aus diesem Modus, wird an allen Stellen des UMZCH beobachtet. Installation von Ausgangsinduktivitäten zur Unterdrückung von Spannungsspitzen – Das vergräbt deinen Kopf im Sand, da Ausreißer nicht in der Schaltung selbst verschwinden. Ein Emitter oder Source Follower erzeugt niemals selbst Spitzen oder Bounce, weil es in vollem Einklang mit seinen Fähigkeiten ohne Nachbrenner und Überlastungen arbeitet.

Das erste Kriterium für den normalen Betrieb des Verstärkers – Keine Spannungsspitzen oder Rückprall, Anzeige einer Überlastung einzelner Schaltungselemente im Betriebsbereich von Frequenzen und Amplituden. Diese Überschwingungen sollten in einem reinen Verzerrungssignal fehlen., da sie im Gesamtsignal durch die Hauptamplitude maskiert sind.

Zweites Qualitätskriterium – Der Verzerrungsfaktor sollte nicht mit abnehmender Ausgangssignalamplitude zunehmen. Viel besser, wenn es abnimmt.

Drittes Kriterium – Der Verstärker sollte bei einer reaktiven Last normal arbeiten (Kapazität oder Induktivität) bei einigen Frequenzen einen Widerstand erzeugen, der ohmsch entspricht.

Douglas Self, untersuchten eingehend die vorübergehenden Verzerrungen in den Ausgangsstufen [2], folgte dem Weg, die optimale Vorspannung an den Basen der Ausgangstransistoren zu finden, bei dem die Verzerrung der Ausgangsstufe minimal ist. In diesem Fall bezog sich das gefundene Optimum auf die Statik (oder quasi statisch, das heißt, niederfrequent) Kaskadenbetriebsart, für hohe Amplituden und ohmsche Lasten. Er zeigte auch, dass mit abnehmender Signalamplitude die relativen Verzerrungen zunehmen, jedoch, ihr absoluter Wert fällt, das schien ihm durchaus akzeptabel.

In den meisten Diagrammen jedoch, vom Autor zitiert, Die Verzerrung nimmt direkt proportional zur Frequenz zu, mit ... anfangen 1 – 2 kHz. Dies zeigt das Vorhandensein einer dynamischen Verzerrungskomponente an, deren Rolle wächst mit der Häufigkeit, da es durch Rückkopplung nicht effektiv unterdrückt werden kann. Daher die allgemeine Schlussfolgerung des Autors zu den Vorteilen der Klasse B., vorspannungsoptimiert, sollte nur dem Niederfrequenzbereich zugeordnet werden, bis ungefähr 2 kHz. Bei höheren Frequenzen haben Verstärker Vorrang., Betrieb bei erheblichen Ruheströmen. Die dynamische Komponente der Verzerrung ist mit dem Übergang des Vorverstärkers zu den Begrenzungsmodi verbunden, aufgrund seiner Unfähigkeit, die Ausgangstransistoren schnell in den aktiven Modus zu überführen.

Hun-Chan Lin ist eines Denkmals würdig – die Struktur seines UMZCH, in der Ferne veröffentlicht 1956 Jahr, dominiert weiterhin 21 Jahrhundert. jedoch, Die Verbesserung der Kaskaden der vorläufigen Amplifikation mit der anschließenden Anwendung von OOS ist gleichbedeutend mit der Verwendung von Umschlägen zur Wiederbelebung eines toten Körpers – Rückkopplung funktioniert nicht bei einem geschlossenen oder überlasteten Transistor.

Lins Wurzelstrukturfehler – Kombination der Steuerung der Ausgangsstufe für Gleich- und Wechselstrom. Ein Signal mit einer bestimmten Polarität schaltet den entsprechenden Arm der Ausgangsstufe ein und gleichzeitig den anderen Arm aus, was zu den oben genannten Phänomenen führt.

Versuche, das Problem im Rahmen derselben Struktur zu lösen, wurden auf das folgende einfache Prinzip reduziert – Es ist notwendig, eine solche Betriebsart der Ausgangstransistoren zu implementieren, bei dem keine aktuelle Abschaltbedingung zulässig ist. Solche Veröffentlichungen erschienen in den frühen 1980er Jahren im Ausland und dieser Modus wurde später als Super A oder Non Switching bezeichnet.. Wie ich weiss, Eine der ersten Strukturen dieser Art im sowjetischen Raum wurde von Yu vorgeschlagen. Mitrofanov in 1986 Jahr [5]. Er bezeichnete diesen Modus als "Sparmodus A".. Das Prinzip der Organisation einer solchen Ausgangsstufe kommt am deutlichsten im Verstärker G zum Ausdruck. Bragin [6]. Sie sollten es genauer betrachten., die Nachteile dieses Ansatzes zu identifizieren.

Wesentliche Details, Erklärungsschemata, in Fig. 1 gezeigt. Wie, wie die positive Halbwelle endet, Strom durch Widerstand Ro fällt, Der Transistor T3 wird mit Spannung über der Diode geöffnet, und der aus dem Kollektor T3 austretende Strom wird verwendet (unter Verwendung des entsprechenden Schemas) für ein bisschen- Transistor T1, um während der gesamten Periode der negativen Halbwelle einen bestimmten Ausgangsstrom aufrechtzuerhalten. Wenn die positive Halbwelle wieder kommt, Der Transistor T1 ist bereits halb geöffnet und wird ohne Überspannungen und Überlastungen sanft eingeschaltet. Messungen, vom Autor durchgeführt, zeigten eine signifikante Verengung der spektralen Zusammensetzung der Harmonischen.

Reis. 1

es scheint, alles wird schön, außer einem – Schaltungen zur Aufrechterhaltung des Ausgangsstroms sind nicht linear und arbeiten autonom, jedes in seiner eigenen Schulter und nur während der Aktivitätsperiode der gegenüberliegenden Schulter. Es schlägt fehl. Nach Kirchhoffs Regel die Summe der Ströme im Knoten (am Verstärkerausgang) immer Null: 1+ – 1 – Iout = 0. Da die negative Schulter "nichts weiß" über die Prozesse in der positiven Schulter, sein Strom ist proportional zum Eingangssignal KUin. Wir bekommen Iout = 1+ – Als. Der Überstrom der positiven Schulter kann nirgendwo hingehen, außer zur Ladung zu gehen, und es wird eine reine Quelle der Nichtlinearität (Verzerrungstyp Mäander). Die neu geschaffene Schwierigkeit wird durch die Aktion des allgemeinen Feedbacks heldenhaft überwunden..

Wir kommen zu dem Schluss, Was ist der zusätzliche Strom, Der Durchgang durch die Ausgangstransistoren muss für beide Arme gleich sein. Dies muss ein Durchgangsstrom sein und der Verstärker muss diesen beibehalten (nicht unbedingt dauerhaft)durch Strom.

Dieser Modus wird bei Verwendung der oben genannten lateralen Feldeffekttransistoren automatisch realisiert. [2SK1056(57, 58)/2SJ160(161,162), 2SK133(134,135)/2SJ48(49,50), BUZ901(900)/BUZ906(905)], nach dem Schema mit einer gemeinsamen Quelle eingeschaltet. Die Sache ist, dass diese Transistoren durch das Vorhandensein eines Drainstroms bei einer Gate-Source-Spannung von Null gekennzeichnet sind (über 100 mA für Paar 2SK1058 / 2SJ162). Es gibt keine Stromunterbrechung, und die "Weichheit" der Eingangseigenschaften dieser Transistoren – allmählich zunehmende Steilheit und thermostabiler Punkt in der Nähe 150 mA ermöglichen mit einem kompetenten Ansatz, mit einfachen Mitteln gute Ergebnisse zu erzielen. Wie Sie sehen können, Die Wahl der Audiophilen steht im Einklang mit objektiven Faktoren.

Ganz anders sieht es bei Feldeffekttransistoren mit vertikalem Kanal aus., in dem der Arbeitsbereich mit einigen Volt Gate-Source-Spannung beginnt. Das Problem wird durch die Tatsache verschärft, dass diese Art von Transistor technologisch ist, hat eine Reihe von technischen Vorteilen (insbesondere, große Steilheit), große Auswahl und niedrige Kosten, aufgrund dessen, was solche Transistoren massiv in den Ausgangsstufen des UMZCH installiert sind.

A. Smooth popularisiert Verstärkerschaltungen mit separater Verstärkung von Halbwellen und deren anschließender Addition am Ausgang [7]. In dieser Version kann eine gute Stabilisierung der Ruheströme erzielt werden. (Jeder Arm wirkt als Stromverstärker) und eine ziemlich vollständige Kompensation dieser Ströme, wenn sie in der Last summiert werden. Es stellen sich nur zwei Fragen – Verstärkerbetrieb bei niedrigen Spannungen (aufgrund der Aufteilung des Gesamtsignals in zwei Halbwellen unter Verwendung von Dioden), und auch – mit reaktiver Verstärkerlast (da jeder Arm mit OOS für den Ausgangsstrom arbeitet, und die allgemeine OOS – durch Ausgangsspannung).

Die Art der Verzerrung in einem Push-Pull-UMZCH ist eine ständige Änderung der Betriebsart eines leistungsstarken Transistors – In einer Halbwelle des Signals durchläuft sein Arbeitspunkt einen Zyklus von der Abschaltung bis zum maximalen Strom und zurück zur Abschaltung. Das Problem wird in Klasse-A-Verstärkern gelöst, wobei der Arbeitspunkt des Transistors praktisch unverändert bleibt, und Signalverzerrungen sind unbedeutend und nur mit einem sich ändernden Spannungsabfall über dem Transistor verbunden (Earley-Effekt). Der AB-Modus bietet einen gewissen Effekt, vorausgesetzt, dass der Ruhestrom des Transistors signifikant ist (über 20% максимального). doch – Das ist eine halbe Sache: Verzerrung nimmt zu, sobald der gegenüberliegende Transistor schließt, und der gesamte Strom des Betriebstransistors beginnt in die Last zu fließen.

Forschung zeigt, dass es möglich ist, eine gute und kontinuierliche Steuerbarkeit des Betriebs der Transistoren der Ausgangsstufe sicherzustellen, wenn immer Strom durch die Ausgangstransistoren fließt, und überschreitet immer den Strom, geladen. In diesem Fall wird die harmonische Zusammensetzung des Verzerrungsspektrums allmählich auf eins reduziert – zweite Harmonische.

In Anbetracht der obigen Ausführungen, Wir können die Anforderungen für den Betriebsmodus einer vollwertigen Ausgangsstufe formulieren.

  1. Strömungen, Der Durchgang durch die Ausgangstransistoren muss die Ströme überschreiten, Durchlaufen dieser Transistoren zur Last, und es ist wünschenswert, die Fähigkeit bereitzustellen, diesen überschüssigen Strom zu steuern.
  2. Der Überstrom muss gleich sein (Modulo) für beide Arme der Ausgangsstufe noch vor dem Einschalten der Rückmeldung. (OOS gleicht diese Ströme in jedem Fall aus, aber dieser Ausgleich ist niemals vollständig). Mit anderen Worten, Die Schaltung muss einen kontinuierlichen und durch den Ausgang gesteuerten Strom durch die Ausgangstransistoren liefern, und beide Transistoren müssen kontinuierlich im aktiven Modus sein. Es sollte auch das Vorhandensein der dynamischen Verzerrungskomponente im Schaltungsdesign berücksichtigen., abhängig von der Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung.

2. Schematische Lösung.

Zuerst müssen Sie "den gordischen Knoten" von Lins Schema "schneiden" – Kombination der Steuerung der Ausgangsstufe für Gleich- und Wechselstrom. Die Signalverstärkungsschaltungen und die Betriebsartensteuerkreise müssen getrennt sein und dürfen sich nicht gegenseitig stören.. In diesem Fall wird die Ausgangsstufe zu einer funktional getrennten Einheit (Quadripol), gut definiert, Kenntnis davon ist notwendig, um ein allgemeines Schema zu erstellen.

Das Erfordernis der Unabhängigkeit der Modussteuerung hat die Auswahl der Schaltungslösungen stark eingeschränkt, Außerdem, nur eine einzige Option zur Verfügung gestellt – Differenzverstärkerstufe. Seine Besonderheit ist, dass das aktuelle Signal, an die Emitter des Differentialpaares geliefert, wird vom Verstärker als Gleichtaktstörung wahrgenommen und mit einem Wirkungsgrad in der Größenordnung von unterdrückt 60 dB. Gleichzeitig, Dieses Signal steuert die Gleichtaktspannung an den Kollektorwiderständen, und diese Spannung kann verwendet werden, um den Modus leistungsfähiger Ausgangstransistoren zu steuern, nach dem Schema mit einem gemeinsamen Emitter verbunden (gemeinsamer Osten). Die Steuerung erfolgt über Stromsensoren – Widerstände, im Laststromkreis installiert und ggf., dann in den Schaltungen der Ausgangstransistoren. Eigentlich ist dies die Idee einer Schaltungslösung, die in einer unbegrenzten Anzahl von Optionen implementiert werden kann, abhängig von der spezifischen Aufgabe und der verfügbaren Elementbasis. Eine der möglichen Optionen zum Aufbau einer Schaltung wird unten diskutiert..

Das Schema wurde als "kurz" gebaut, um die Frequenzeigenschaften der Ausgangstransistoren voll auszunutzen und das Auftreten zusätzlicher Pole des Frequenzgangs zu vermeiden. Außerdem, Die Differenzstufe ermöglicht ein Verzerrungsreduzierungsverfahren unter Verwendung eines kompensierenden Eingangsstroms [8]. Diese Methode verwendet keine Rückkopplung und erzeugt daher keine neuen Frequenzgangpole..

Die Grundschaltung der Ausgangsstufe ist in Fig. 2 dargestellt.. Das – Standard symmetrische Differenzverstärkerschaltung mit Leistungstransistoren. Seine Funktion – in symmetrischer Ruhestromregelung (durch Fluss) Differentialpaare der oberen und unteren Schulter – Ausgabe Us (Eine Erhöhung des Ruhestroms entspricht einer negativen Spannung am Eingang Vc). Mit dieser Steuerung können Sie problematische Probleme der Endstufen lösen. Die Frage ist nur die kompetente Organisation dieser Abteilung.. Sensoren, Ermöglichen die Steuerung der Ströme der Ausgangstransistoren und des Laststroms, sind Widerstände 0.1 Ohm. Die entsprechenden Kontrollpunkte sind mit den Buchstaben A gekennzeichnet, B und C..

Reis. 2

Anfangs konzentrierte ich mich auf billige Hochleistungs-Vertikalkanal-Feldeffekttransistoren, was ich hatte – Paar IRF540 / IRF9540. Vor dem Aufnehmen eines Lötkolbens, Ich habe verschiedene Schaltungsoptionen in einer Micro-Cap10-Umgebung untersucht.

Einrichten des Grundschemas

Die Schaltung in der Variante in Fig. 2 ist zum Ansteuern von Transistoren geeignet., sehr steil (Bipolar- und Feldeffekttransistoren mit vertikalem Kanal). Wenn die Steigung klein ist, wie, im Fall von hochwertigen und teuren lateralen Feldeffekttransistoren, Sie können eine dynamische Last oder eine zusätzliche Verstärkungsstufe verwenden. Betrachten Sie den allgemeinen Fall des Aufbaus einer Schaltung für beliebige Ausgangstransistoren.

Zuerst müssen Sie die Verstärkung und den Typ des Verstärkers festlegen (invertierend oder nicht invertierend). Abbildung 3 zeigt die Optionen zum Einschalten der Invertierung (Abb.Z.,und) und nicht invertierend (Fig. 3, b) Verstärker für Verstärkung K = 5 mit Widerstandswerten und Frequenzkorrekturelementen (Selbsterregung der Schaltung auszuschließen).

Reis. 3

Das Einrichten des Verstärkers reduziert sich auf die Bestimmung des Wertes der Widerstände R0 (Abb.2), Bestimmen des Arbeitspunktes der Ausgangstransistoren mit einem geerdeten Steuereingang, Vс = 0. Der Ruhestrom der Differenzstufe wird durch den Widerstand R5 eingestellt (R4) und ist ziemlich bedeutsam gewählt, über 10 mA oder ungefähr 5 mA auf der Schulter. Dieser Strom bestimmt den erforderlichen Vorspannungswert des Ausgangstransistors., als Spannungsabfall über dem Widerstand R0 abzüglich des Spannungsabfalls über dem Übergang des Transistors T9 (T10).

Окончательно ток покоя выходных транзисто­ров определяется величиной управляющего на­пряжения на входе Vс. Возможна точная балансировка усилителя путем изменения сопротивлений R5 и R4 таким образом, чтобы выходное напряже­ние стало близким к нулю, что впрочем, не име­ет особого смысла. Сопротивление резисторов R2 определяет предельную скорость закрыва­ния выходных транзисторов, но его чрезмерное уменьшение ухудшает линейность усилителя и приводит к избыточному тепловыделению у тран­зисторов Т9, T10. Для пары транзисторов IRF540/ IRF9540 при усилении К=5 номиналы элементов схемы таковы: R0=820 Ом, R1 = 10 Ohm, R2=270 Ом, R4=R5=1.4 кОм (при токе покоя около 70 mA), Сcor=68 пФ, транзисторы дифференциальных пар, как и предоконечныевыбраны средней мощности – T1, T2, T10 – BD139, T3, Т4, Т9 – Bdl40. Остальные транзисторы n-типа – 2N5551, а р-типа – 2N5401. Тип выбранных транзисторов определялся главным образом их наличием у разработчика, а не специфическими требования­ми схемы.

Компенсация искажений

Она производилась в полном соответствии с методикой, изложенной в статье [8]. На рис.4 приводятся схемы компенсации для обоих вари­антов усилителей. Номиналы резисторов соот­ветствуют условию, что входным током усилите­ля можно пренебречь. Поскольку данное условие в действительности не выполняется, то оконча­тельная коррекция усиления усилителя А2 произ­водилась путем подстройки резистора обратной связи Rfb+Rin по минимуму искажений сигнала. Его оптимальная величина оказалась пример­но на 10% выше расчетной и составила 1650 Ом вместо 1500 Ohm.

Reis. 4

На рис.5 показаны графики сигналов искаже­ний до (von oben) и после подключения схемы ком­пенсации искажений. На графиках показан вы­ходной сигнал для двух частот – 2 kHz 20 кГц при токе покоя выходных транзисторов около 200 mA, напряжении питания ±30 В и выходном сигнале ±22 В (на графиках он, zum Vergleich, уменьшен в 1000 Zeit). Бросается в глаза полная идентич­ность сигнала искажений для базового усилите­ля, при столь существенно (на порядок) разли­чающихся частотах. Это не удивительно, так как усилитель обладает большим запасом по полосе пропускания и звуковой диапазон для него – Das, tatsächlich, квазистатический режим работы. Дру­гое дело, корректирующий усилитель А2, в ка­честве которого я применил NE5534. Поскольку спектр сигнала искажений изменяется прямо пропорционально частоте основного сигнала, то способность к компенсации искажений падает с ростом частоты. Auf Frequenz 2 кГц искажения по­давляются в 68 Zeit, und 20 kHz – лишь в 23 falten. natürlich, высокочастотная часть искажений подавляется слабее, поэтому в сигнале искаже­ний появляются острые пики выбросов.

Полученный усилитель по типу АЧХ приближа­ется к однополюсному с полюсом 1-го порядка. Частота полюса f(-45°)=2.3 МГц, f(-180°)=25 МГц f(0 dB)=13.6 МГц, сдвиг фазы 0.26° на 20 kHz. Der Verstärker ist beständig gegen Lasten verschiedener Typen, insbesondere, kapazitiv in 2 uF, Stromäquivalentwiderstand 4 Ohm bei Frequenz 20 kHz.

(Fortsetzung folgt)

Autor: Pavel Cherednik, Volyn Region. Shatsky Bezirk, mit. Mühlen

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