UMZCH sans retour d'information général. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Amplificateurs de puissance à transistors

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L'UMZCH proposé est construit sans retour d'information général. À plusieurs reprises, en comparant la qualité de différents transistors UMZCH avec OOS en écoutant, j'ai dû réfléchir à la manière d'améliorer leur capacité à transmettre une image de scène complète et de rendre la localisation des sources plus naturelle. Le résultat des recherches dans cette direction a été des solutions de circuits pour UMZCH, dans lesquelles soit il n'y a pas de protection de l'environnement, soit elle est locale. À mon avis, il y a deux raisons principales à la violation du naturel de l'image musicale.

Tout d'abord, il s'agit de l'introduction de distorsions de phase dans le signal et de l'expansion du spectre de distorsions dans l'UMZCH à partir de 00C - pour transmettre le son plus clair ou plus doux, l'équilibre entre les harmoniques est important.

Deuxièmement, le contrôle de la tension du signal fourni au haut-parleur est présenté comme une « violence » sur le système de haut-parleurs. Après tout, initialement, lors de l'enregistrement de phonogrammes, le son est perçu comme un niveau de pression, c'est-à-dire comme puissance dans son calcul intégral. Et par conséquent, lors de la lecture de phonogrammes, l'amplificateur doit transmettre la puissance du signal, et pas seulement des valeurs instantanées de courant ou de tension. Dans ces conditions, moins de distorsion est introduite dans le signal de sortie, ce qui a un effet très positif sur la précision de la transmission de l'image de la scène. J'ai arrêté de mesurer les paramètres techniques de mes UMZCH il y a cinq ans, car après des écoutes répétées d'amplificateurs sur mesure, personne n'a privilégié l'un ou l'autre paramètre technique. Le critère principal est une évaluation subjective des propriétés de chaque amplificateur, et peut-être que tout le monde sait que les amplificateurs selon ce critère peuvent différer considérablement ! Ainsi, compte tenu des évaluations subjectives des propriétés de l'UMZCH, l'option proposée s'avérera être un excellent remplacement pour de nombreux amplificateurs industriels. La répétabilité de la conception a été testée sur quatre échantillons d'un amplificateur stéréo similaire.

Principaux paramètres techniques

La puissance maximale sous une charge de 4 Ohms est limitée par un dispositif de protection contre le courant. Pour l'écoute de contrôle avec cet amplificateur, un lecteur CD DENON DVD 700 et un système de haut-parleurs Monitor Audio Silver 81 ont été utilisés ; l'amplificateur ARCAM "Diva A-75S" a été utilisé dans le chemin de contrôle. Lors de la lecture de la bande originale du CD Dark Side of the Moon (Pink Floyd), l'hélicoptère fantôme s'est élevé d'un mètre au-dessus du système d'enceintes et a survolé celui-ci, plutôt que d'une enceinte à l'autre, comme c'est habituellement le cas avec la plupart des amplificateurs. Les images scéniques et musicales des enregistrements du concert sont également transmises de manière tout à fait naturelle.

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À propos du circuit amplificateur

Le schéma d'un canal UMZCH est présenté sur la Fig. 1. Étage d'entrée - différentiel sur les transistors VT1, VT5 et VT2, VT6 avec sources de courant stables sur VT3, VT4. Vient ensuite un amplificateur de tension à transistors VT7, VT9, VT11 et VT8, VT10, VT12 dont la particularité est que les transistors ne saturent pas à l'amplitude maximale de la tension de sortie grâce aux diodes VD3, VD4. En mode limitation d'amplitude de la tension du signal de sortie, le courant de base des transistors amplificateurs de tension VT7, VT9, VT11 et VT8, VT10, VT12 est limité et ils fonctionnent dans un mode qui exclut le mode saturation. Cela garantit qu'il n'y a aucun retard dans la sortie de la limitation de tension d'alimentation du signal de sortie. Les transistors sont connectés en parallèle pour augmenter le courant pilotant les grilles des transistors de sortie. Cela a permis d'obtenir l'amplitude maximale correspondant à 8 V rms à partir de la sortie de l'UMZCH sous une charge de 30 ohms. signal sinusoïdal non déformé avec une fréquence allant jusqu'à 200 kHz (fréquence maximale du générateur). Un signal de rétroaction fonctionne à partir de la sortie de l'amplificateur de tension via le diviseur R15R17R18.

Comme le montre le schéma, l'amplificateur n'a aucun condensateur de correction. Cela est devenu possible parce que l'étage de sortie a été exclu du circuit de rétroaction et que la stabilité de l'amplificateur a fortement augmenté. L'étage de sortie est un suiveur de tension réalisé à l'aide de transistors à effet de champ complémentaires de HITACHI. Il présente la même impédance de sortie et la même distorsion harmonique symétrique pour les signaux de polarité positive et négative. La plupart des transistors complémentaires diffèrent à bien des égards, notamment en termes de paramètres dynamiques. Par conséquent, dans les amplificateurs sans rétroaction générale, une asymétrie prononcée de non-linéarité se produit, en particulier aux hautes fréquences ; au plus bas, il est associé à diverses propriétés thermodynamiques des transistors.

En revanche, un amplificateur asymétrique a un spectre d'harmoniques presque égal dans les deux parties de la caractéristique d'amplitude (pour la tension du signal de polarité négative et positive), bien que la valeur numérique de ce paramètre soit souvent supérieure à 1 % - et toujours ça a l'air bien! Dans cet amplificateur, j'ai utilisé une solution de circuit dans laquelle deux transistors de conductivité différente avec le même courant de drain fonctionnent à tout moment dans l'étage de sortie push-pull. Il a permis de rassembler les spectres harmoniques de signaux dans différentes parties des caractéristiques d'amplitude, et cela a été réalisé sans circuit en pont en cascade. Un peu plus sur les préférences subjectives implicites. Un amplificateur avec retour général absorbe les perturbations de charge réactive, ainsi que les influences acoustiques externes sur le système mobile de la tête de haut-parleur, contrôlant ainsi la tension de sortie.

En pratique, la restitution sonore avec un tel amplificateur s'exprime souvent par l'espace « vide » de la scène sonore entre les enceintes et son centre. Une expérience simple a été réalisée. Des résistances d'une résistance approximativement égale à la moitié de leur impédance étaient connectées en série aux haut-parleurs, après quoi les phonogrammes où les « creux » de la scène sonore se manifestaient le plus clairement étaient écoutés avec un amplificateur à l'OOS général. Le résultat de l'écoute a confirmé l'hypothèse : cet effet est beaucoup plus perceptible avec un amplificateur à feedback général sans résistances supplémentaires.

L'étage de sortie proposé offre un faible facteur d'amortissement K_д=R_н/R_O, ici l'impédance de sortie est de 2 ohms. Cela a été rendu possible en connectant les transistors de l'étage de sortie en série, ce qui a permis de réduire de moitié la transconductance du transistor de puissance équivalent. Une telle impédance de sortie en l'absence de boucle de rétroaction générale a permis d'améliorer la localisation des sources sonores virtuelles, et pour cela il est nécessaire de transmettre le plus correctement possible la phase du signal. Dans ce cas, la vitesse de montée du signal de sortie est importante. Sur la base de mesures de paramètres réels de pilotes dynamiques haute fréquence, les résultats suivants ont été obtenus : R_к\u4.5d 12.2-XNUMX ohms ; L_k=0.16-0.33 mH. Pour la tête de fréquence la plus élevée, des valeurs spécifiques correspondent à la constante de temps t=L_k/R_k=0.00027 H/12.2 Ohm = 0.000022 s, et la fréquence de coupure d'un tel convertisseur est f_cf.=ω/2π=7191 Hz. Au-dessus de cette fréquence, la tête dynamique agit comme un filtre passe-bas et introduit des distorsions de phase notables dans le signal transmis.

Les développeurs d'enceintes accordent une attention particulière à la sélection de têtes dynamiques et de filtres avec les mêmes paramètres. Pour que l'amplificateur n'ait pas d'impact significatif sur les propriétés fréquentielles du trajet de reproduction sonore, sa fréquence de fonctionnement maximale doit dépasser d'un ordre de grandeur la fréquence de coupure de la tête HF - dans ce cas 71910 Hz, et la vitesse de balayage SR = 29,3 V/μs à 65 V. Calculons la vitesse de montée maximale requise du signal de sortie pour une version d'amplificateur avec une tension de sortie maximale de 65 V et une fréquence de fonctionnement maximale de 24100 2 Hz (fréquence de coupure du filtre passe-bas de l'audio Lecteurs CD avec DAC sans suréchantillonnage) : SR'=XNUMXπf_maxU_charger=2*3.14*24100*65=9.8 V/µs. L'amplificateur fournit une vitesse de montée du signal de sortie d'au moins SR=2*3.14*200000*(30*1.41)=53 V/µs. Ainsi, l'amplificateur est capable de fonctionner avec des haut-parleurs ayant une réponse en fréquence étendue (supérieure à 20 kHz). La stabilité à haute température de l'étage de sortie ne nécessite pas l'utilisation de mesures de stabilisation supplémentaire du courant de repos ; avec une charge active, sa réponse en fréquence est linéaire jusqu'à 200 kHz.

Le schéma électrique de l'unité de protection AC est classique et a été testé à plusieurs reprises. Lors de la mise sous tension, il y a un délai de 10 s pour connecter la charge (il peut être modifié en sélectionnant les résistances R32, R33). S'il y a une composante continue à la sortie de l'amplificateur supérieure à ±0,6 V, la charge est coupée en ouvrant les contacts du relais. Lorsque l'alimentation est coupée, les haut-parleurs sont éteints dans un délai de 0,2 s. La protection contre les surcharges de courant dans l'amplificateur repose sur la limitation du courant de drain des transistors puissants en limitant la tension aux grilles avec des diodes Zener et des diodes VD13, VD14 et VD15, VD16 ; ainsi, le courant maximum traversant les transistors de sortie ne dépasse pas 7 A. Il convient de noter que ces éléments peuvent introduire une distorsion à des fréquences supérieures à 100 kHz, il n'est donc pas recommandé de les installer inutilement. La description des transistors indique la présence d'une diode Zener à deux anodes intégrée dans le circuit grille-source à 15 V, cela vous permet de protéger la grille contre les claquages ​​à des amplitudes plus élevées de la tension de commande.

Gain de tension en circuit ouvert de l'amplificateur K_u=1+(R17/2R15)=51(34 дБ).

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Conception d'amplificateur

Structurellement, l'amplificateur est réalisé sur un circuit imprimé mesurant 160x100 mm. Les dessins du circuit imprimé et la disposition des éléments sont présentés dans riz 2. La carte contient tous les éléments de l'amplificateur et du redresseur d'alimentation. Les fils des circuits de puissance et de charge, ainsi que le circuit d'entrée, y sont connectés. Les transistors sont pressés contre le dissipateur thermique directement à travers la carte. J'utilise cette solution dans mes créations depuis plus de 10 ans. Cela vous permet de minimiser toutes les connexions. Toute surface métallique plate, telle qu'un boîtier, est utilisée comme dissipateur thermique ; L'emplacement et la fixation de la planche elle-même ne posent aucune difficulté non plus. Veuillez noter que le fil commun du circuit d'entrée n'est pas connecté sur la carte au fil commun de l'alimentation. Ceci est fait pour que les fils communs des circuits correspondants puissent être connectés à un point commun (étoile) d'un système multicanal afin de réduire le niveau d'interférence. En l'absence d'un tel besoin, vous pouvez réaliser un cavalier flottant entre le point de sortie pour contacter X2 et le conducteur commun adjacent.

Le préamplificateur est alimenté par une source distincte avec une tension dépassant la tension d'alimentation de l'étage de sortie de 10...25 V. Cela garantit une utilisation plus complète de la tension et élimine les fuites de signal de sortie vers d'autres étages le long des circuits d'alimentation. Vous pouvez laisser un transistor dans l'étage de sortie, auquel cas la résistance de sortie de l'amplificateur deviendra 1 Ohm, et vous devrez soit réduire le nombre de diodes dans le circuit de polarisation à trois ou quatre, soit connecter deux transistors en parallèle dans un bras - alors la résistance de sortie de l'amplificateur deviendra égale à 0,5 Ohm et le courant de sortie maximum augmentera à 14 A. Dans ce cas, encore une fois, le nombre de diodes dans le circuit de polarisation doit être réduit à trois ou quatre. Pour les cas de connexion en parallèle ou en série des transistors de sortie, il y a des emplacements sur la carte pour les cavaliers côté montage ; ils sont simplement fermés par fusion de soudure conformément au schéma de connexion choisi. La tension d'alimentation de l'étage de sortie pour un fonctionnement sous une charge de 8 Ohms n'est pas supérieure à 2x70 V avec une puissance de charge allant jusqu'à 190 W ; pour 4 Ohm - 2x40 V avec une puissance jusqu'à 100 W. Lorsque deux transistors sont connectés en parallèle dans le bras, la puissance sous une charge de 4 Ohm atteint 350 W avec une tension d'alimentation de 2x65 V. Les valeurs maximales de tension alternative des enroulements du transformateur de réseau indiquées dans le schéma correspondent à une tension de 2x40 V pour l'alimentation de l'étage de sortie et un peu moins de 2x70 V pour les étages préliminaires.

Lorsque les transistors à effet de champ étaient connectés en série, le résultat d'écoute subjectif était le plus favorable et il a été noté que le caractère sonore présentait des caractéristiques inhérentes aux amplificateurs à tubes. La connexion parallèle de transistors puissants est particulièrement utile dans un amplificateur de canal de subwoofer avec un haut-parleur de type fermé avec un temps de retard court - le son d'un tel subwoofer complète parfaitement la scène sonore. J'ai utilisé un transistor par bras uniquement dans mes amplificateurs de voiture ; leur haute qualité leur a permis de remporter quatre prix (dont deux premiers) lors de concours audio automobile en 1992. Après avoir assemblé la carte, vous devez régler le courant de repos de l'étage de sortie en définissant le nombre requis de diodes dans le circuit VD5-VD12. Pour ce faire, il suffit d'alimenter les étages préliminaires et de sortie.

Les transistors de l'étage de sortie doivent être pressés contre le dissipateur thermique à travers un matériau isolant électrique thermoconducteur. Dans le circuit de polarisation pour les cascades simples et parallèles, vous pouvez laisser deux diodes et quatre pour celles en série. Après cela, l'augmentation de leur nombre définit le courant de repos sélectionné. Pour révéler les nuances de reproduction, je recommande de choisir un courant de repos compris entre 200...500 mA, cela dépend de la surface du dissipateur thermique utilisé et de l'efficacité de son refroidissement. Aucune mesure supplémentaire n'est requise pour stabiliser le courant de repos. Le point d'insensibilité aux changements de température du cristal se situe à un courant de repos d'environ 100 mA et une tension grille-source de 0,6 V. Après avoir réglé le courant de repos, il est nécessaire de minimiser la tension constante à la sortie de l'amplificateur.

Puisqu’il n’y a pas de condensateur dans le circuit de rétroaction, le gain pour les tensions AC et DC est égal. Cela peut avoir pour conséquence une faible tension continue à la sortie de l'amplificateur. La pratique a montré qu'à la sortie d'un tel amplificateur, il n'y a qu'une tension positive allant jusqu'à 1,5 V. Pour régler le mode, vous devez désactiver les fusibles du circuit d'alimentation de l'étage de sortie et alimenter le préamplificateur. La cascade est équilibrée en sélectionnant le point de connexion entre la résistance supérieure R17 du circuit de sortie et les diodes VD5-VD12 du circuit de polarisation : plus le point de pontage des diodes est sélectionné bas dans le circuit, plus la compensation de la composante continue est importante. En mesurant les tensions sur les collecteurs des transistors VT11 et VT12 avec un multimètre par rapport au fil commun, ils atteignent leur égalité en grandeur. Pour un tel réglage, la carte est équipée de cavaliers flottants, lorsqu'une goutte de soudure ferme les conducteurs sélectionnés dans le circuit souhaité (cela ne peut être fait que lorsque la carte est retirée du dissipateur thermique). Mais la résistance R17 peut également être soudée du côté des pièces directement à la borne de l'une des diodes, sans retirer la carte du dissipateur thermique, et le courant de repos peut être ajusté en court-circuitant les diodes de la carte avec des morceaux de fil du côté éléments. Ceci termine le réglage de l’amplificateur.

À l'entrée de l'amplificateur, vous pouvez installer un condensateur de blocage de 16 µF C1 (affiché uniquement sur la carte), par exemple le groupe K73-17, mais dans les centres musicaux fixes, cela n'est généralement pas nécessaire. Relais installé sur un circuit imprimé - WJ113A, WJ113-2C pour une tension de 12 ou 24 V ou autre conception similaire pour un courant d'au moins 16 A, par exemple de TTI. Vous pouvez utiliser n'importe quelle diode haute fréquence dans le circuit de polarisation. Les diodes Zener domestiques sont également applicables, par exemple KS215ZH, KS218ZH, KS515G, KS509A-KS509V.

Toutes les pièces utilisées dans l'amplificateur (à l'exception des transistors de sortie) sont vendues librement dans de nombreuses entreprises vendant des composants radio. La documentation sur les transistors de sortie au format PDF peut être facilement trouvée sur Internet sur les sites Web des sociétés nationales vendant des composants radio.

Auteur : A. Grigoriev, Tomsk. Radio n°1, 2007 ; Publication : cxem.net

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