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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Élimination de l'effet du son du transistor du puissant UMZCH. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Amplificateurs de puissance à transistors Les mélomanes passionnés, les musiciens et les ingénieurs du son ont remarqué depuis longtemps qu'il existe une différence dans le son des puissants amplificateurs AF à tubes et à transistors. En termes de valeurs mesurées de leurs paramètres, les amplificateurs à transistors ne sont pas inférieurs, et parfois même supérieurs, aux amplificateurs à tubes. Mais lors de l’écoute des fréquences ultrasonores des transistors, ce que l’on appelle le « son du transistor » apparaît souvent. Elle se manifeste par la distorsion du timbre naturel des instruments de musique et peut être succinctement caractérisée par une perte de « légèreté » naturelle du son, une « transparence » insuffisante du son, ainsi qu'une reproduction spécifique des composantes haute fréquence du signal, exprimé dans le sentiment de leur passage « difficile » à travers le chemin de reproduction sonore. Des études ont montré que cet effet ne se manifeste pas de la même manière dans différents amplificateurs d’une même classe. Les chercheurs ont classé les amplificateurs, en les classant par ordre de détérioration du son et d'amélioration du « son du transistor ». En conséquence, les experts russes ont déclaré : l'apparition du « son du transistor » est associée au coefficient de distorsion non linéaire, à condition que tous les autres paramètres des amplificateurs soient les mêmes. Cette conclusion est confirmée par les résultats obtenus par un certain nombre de chercheurs occidentaux [1-3], montrant la forte influence de la non-linéarité de la caractéristique d'amplitude, estimée à partir du coefficient de distorsion non linéaire du signal. Il convient de noter que la qualité de la reproduction sonore n'est pas seulement affectée par les distorsions non linéaires. Dans une bien plus grande mesure, cela est dû aux composantes combinatoires du spectre du signal, qui surviennent en raison de la non-linéarité de la caractéristique d'amplitude tout en amplifiant simultanément des signaux avec différents spectres de fréquences [4]. Lors de l’étude des composantes combinatoires, les recommandations MEK ont été utilisées pour mesurer ce que l’on appelle la « distorsion TIM » (Transient Inlermodulation Distortion). Des signaux avec des fréquences de 3,18 kHz et 15 kHz avec la même amplitude ont été fournis à l'entrée des amplificateurs, fournissant une puissance de sortie avec un niveau inférieur au niveau nominal de 3 dB. Les résultats des tests ont confirmé les hypothèses théoriques selon lesquelles le signal de sortie des amplificateurs à transistors est plus riche en harmoniques (la présence d'environ 11 harmoniques est observée) que celui des amplificateurs à tubes (le spectre comprend jusqu'à 5 harmoniques), ce qui affecte la perception subjective du image sonore. De plus, il s'est avéré que le spectre des fréquences de combinaison des amplificateurs à transistors est « plus dense » que celui des amplificateurs à tubes. Ces caractéristiques du spectre harmonique et des composantes combinatoires sont, selon les auteurs, l'une des principales raisons de l'apparition du « son de transistor ». De ce qui précède, la conclusion évidente découle. que les normes du coefficient de distorsion non linéaire (Kni) des amplificateurs à tubes ne sont pas applicables au transistor UMZCH. Pour eux, le Kni autorisé devrait être nettement inférieur. Il en va de même pour le facteur de distorsion d'intermodulation. Anticipant les difficultés d'influencer délibérément la largeur du spectre des composantes harmoniques du signal utile, la seule méthode de lutte contre le « son du transistor » consiste à réduire Kni à une valeur à laquelle l'influence des fréquences de combinaison du signal n'est pas subjectivement ressentie. Pour ce faire, il faut une technique d'évaluation des distorsions non linéaires qui permette de déterminer sans ambiguïté le seuil en dessous duquel le « son du transistor » n'apparaît pas. La méthode d'évaluation de la qualité des amplificateurs utilisant les distorsions TIM ne diffère pas significativement de la méthode spectrale bien connue, mais n'est pas applicable dans la pratique, car un nouvel équipement de mesure spécialisé est nécessaire. Comme le montrent les études présentées dans [6], la méthode du signal unique est tout à fait applicable pour estimer Kni dans tout système audio avec une réponse en fréquence uniforme, ce qui est facilement obtenu dans les amplificateurs Hi-Fi de haute qualité. Les résultats ci-dessous sont obtenus à partir d'expériences réalisées selon la méthode du signal unique. En raison de la non-linéarité inhérente des transistors, il est impossible de construire des amplificateurs sans introduire un dispositif spécial pour réduire les distorsions non linéaires. L'introduction de la rétroaction négative (NF) réduit le Kni le plus efficacement possible. Pour éviter un certain nombre de problèmes que chaque concepteur rencontre lors du développement d'un étage de sortie avec OOS [6, 7]. Les règles suivantes doivent être respectées :
L'UMZCH, conçu et construit par Lynch Marshall [8], répond le mieux à ces exigences. Cet amplificateur est comparable aux amplificateurs à tubes. Les résultats correspondants sont reflétés dans le tableau.
Pendant les tests, les amplificateurs ont été allumés selon le circuit illustré à la figure 1. Ici, U1 est un magnétophone de studio. Z1 - égaliseur multibande. A1 et A2 sont des amplificateurs dont la qualité sonore est comparée.
Afin de ne pas violer la pureté de l'expérience, les haut-parleurs n'étaient pas équipés de filtres de fréquence susceptibles d'introduire des distorsions de phase. Les systèmes acoustiques (de notre propre conception) étaient équipés de haut-parleurs Gudmans, caractérisés par de faibles distorsions non linéaires dans la gamme de fréquences 0,03...16.5 kHz. La source de signal utilisée était un programme enregistré sur un équipement de studio sur une bande A4615-6P à une vitesse de 38,1 cm/s à partir d'un disque de gramophone de haute qualité reproduit par le lecteur Otophon intégré au châssis de gramophone XL-1550 de l'appareil Pioneer. Pour éviter toute surcharge, les niveaux de signal aux entrées de l'amplificateur ont été réglés de telle sorte que même à la puissance de sortie maximale, ils restent 3 dB en dessous du maximum. A l'écoute, la supériorité de l'amplificateur n°1 sur les amplificateurs n°2 et n°3 s'est fait sentir en termes de « pureté » et de « transparence » de l'image sonore lors de la transmission des composantes supérieures du spectre sonore. De plus, pour obtenir à peu près le même son (timbre) équilibré, la réponse de l'égaliseur de l'amplificateur n° 1 était uniforme, tandis que lorsque l'on travaillait avec l'amplificateur n° 2, une augmentation de + 10 dB était nécessaire dans la gamme de fréquences de 1 à 16. kHz. L'amplificateur n°3 était inférieur en qualité de reproduction sonore à tous les autres. Pour les amplificateurs à tubes n°4 et n°5, il n'y a pas eu de consensus, mais il a été constaté qu'ils ne présentent aucun avantage par rapport à l'amplificateur n°1. À cet égard, des tests supplémentaires ont été effectués sur l'amplificateur n°1 lorsqu'il était connecté à un complexe de reproduction sonore à tubes bidirectionnels avec rétroaction électromécanique (EMOS) et avec une bande passante (pression acoustique) de 0,016...25 kHz. Le schéma fonctionnel d'installation est présenté à la Fig. 2.
Le diviseur de résistance R1-R2 a servi de charge de test pour l'amplificateur n°2 (A1 sur la Fig. 2), sélectionné de manière à obtenir un coefficient de transmission égal à 1. Le test a montré que l'inclusion de l'amplificateur n°1 dans l'audio complexe ne conduit pas à l'apparition de « tonalités de transistor » " lors de la lecture d'une variété de programmes musicaux. Il a été constaté que les caractéristiques de l'UMZCH n° 1 coïncident presque avec les caractéristiques de l'UMZCH n° 2, mais ont un Knee nettement inférieur, ne dépassant pas 0.04 % dans la bande 0,02...20 kHz. C'est le sens de Kni. évidemment, c'est la limite souhaitée à laquelle le "son du transistor" disparaît. Prenant comme base les principes décrits pour la conception d'un équipement AF de haute qualité, ainsi qu'une base d'éléments relativement bon marché, les auteurs ont développé un amplificateur de puissance, le dont le circuit est illustré à la Fig. 3.
Le préamplificateur se compose d'un émetteur suiveur sur le transistor VT1 et d'une cascade symétrique push-pull sur VT2, VT3, couverte par un OOS local grâce aux résistances d'émetteur R11 et R12 et un OOS général, connecté à partir des collecteurs VT2, VT3 via un diviseur R1-R2- RP3 à la base VT1. Le signal OOS y est ajouté au signal d'entrée. Les résistances R2 et RP3 servent simultanément de diviseur de signal d'entrée. Le gain du préamplificateur sans rétroaction négative est d'environ 100, Kni au signal d'entrée maximum est d'environ 0,15 %. L'introduction de l'OOS réduit le gain à environ 5.5 et le Kni à 0.01 %. La cascade est équilibrée par la résistance RP8. La cascade « boost » est assemblée à l'aide des transistors VT4, VT5 et VT6 selon un circuit similaire à un préamplificateur. Le gain de cette cascade sans rétroaction négative est d'environ 100, et Kni = 0,1 ... 0,15 %. Ceci a été réalisé grâce à l'utilisation de transistors BD140/BD139 (sans aucune sélection de transistors en fonction de paramètres). L'émetteur suiveur VT4 sert à augmenter l'efficacité de l'OOS parallèle introduit depuis la sortie de l'amplificateur via le diviseur R14-R15-R20. La fréquence de coupure de la cascade est déterminée par les capacités des jonctions collectrices VT5, VT6 et la valeur de C13. Pour la capacité C13 indiquée sur le schéma, la fréquence de coupure est d'environ 35 kHz. La chaîne R16-C8 corrige la réponse en fréquence. L'étage de sortie est similaire en termes de circuit à l'amplificateur stéréo Brig 001. Pour éviter une augmentation du Kni et l'apparition d'un « son de transistor », un OOS local est utilisé, mis en œuvre sur des diviseurs de résistances R38-R39 et R40-R41-R42-RP44 à faibles résistances. Comme dans la cascade précédente, la sélection des transistors n'a pas été réalisée. Avec le RP44, le kni du signal de sortie est minimisé. Sans OOS, le Kni dans toute la bande de fréquence audio est de 0.5...0,7 %, le gain est de 2.7. Le courant de repos des transistors de sortie est réglé à environ 100 mA à l'aide du RP30. et la mise à "0" en sortie se fait par la résistance RP24. Avec un retour négatif général couvrant les étages « swinging » et de sortie. Le genou à la puissance de sortie maximale sur toute la plage de fréquences est de 0,02 % (mesuré par la méthode de compensation). En excluant le filtre passe-bas formé par la chaîne R14-C6, en mode « petit signal » (un signal d'un niveau de 0,1 du niveau nominal était fourni à l'entrée), la fréquence limite supérieure de l'amplificateur était de 1.8. MHz ! Pour éviter l'auto-excitation de l'amplificateur, un compensateur Bouchereau - R54-L1 - est installé en sortie. La bobine L1 (inductance - environ 0,3 μH) est enroulée sur R54 (sur toute sa longueur) avec un fil de 0.8 (1,0) mm. Les remplacements d'éléments suivants sont possibles dans l'amplificateur : VT1, VT3, VT4, VT7, VT8 - VS546V, 2T3167V(S), VS107. KT315V(G); VT2, VT9 - ВС556В, ВС177В(С), 2Т3307В(С), KT361B(Г); VT5 - 2T9140C, КT814B ; VT6 - 2Т9139С. KT815V : VT10-2T7638V. KT626V ; VT11-2T7637V, KT807B ; VT12, VT13-KD3442. 2N3442, 2N6259A, KD502. Le transistor VT7 est recouvert d'une pâte thermoconductrice et fixé au radiateur à proximité du VT12 ou du VT13 (en haut du radiateur). En conclusion, nous pouvons dire que :
littérature
Auteurs : D. Kostov, V. Todorov
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