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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Transistor UMZCH. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Amplificadores de potência a transistor Normalmente, considerando o funcionamento do UMZCH, assume-se que sua carga é puramente ativa. No entanto, um alto-falante, e mesmo com filtros de suavização, é uma carga complexa e complexa. Ao operar em uma carga complexa, a mudança de fase resultante entre tensão e corrente na saída do amplificador leva ao fato de que, com sinais de entrada senoidais, a linha reta da carga se transforma em uma elipse. A posição do ponto de operação (curva de carga) para a carga reativa nas características de saída do triodo e do transistor ao amplificar um sinal harmônico é mostrada na fig. 1 e 2, respectivamente.
Como pode ser visto a partir da fig. 1, as características de saída de um triodo são quase ideais para uma carga complexa como CA. Uma faixa favorável de harmônicos (não superior ao quinto) e alta linearidade determinam em grande parte a "suavidade" do som dos amplificadores valvulados. Ao mesmo tempo, um amplificador de transistor de terminação única é completamente inadequado para trabalhar com um alto-falante, porque. por um lado, a linha de carga entra na região de limitação em termos de dissipação de potência admissível no coletor (região sombreada, acima da hipérbole), por outro lado, em regiões não lineares no pequeno Uke. O tamanho transversal da elipse da curva de carga depende do componente indutivo da carga e o tamanho longitudinal - no ativo. Ao amplificar sinais de impulso, por exemplo, do tipo "meandro", a linha de carga é um paralelogramo [1], o que agrava ainda mais a situação. A amplitude do salto de tensão no momento da comutação (devido à auto-indução EMF) depende da razão entre a constante de tempo do sinal To e a constante de tempo de carga T=L/R. Em t>To, a fim de eliminar a possibilidade de quebra dos transistores de saída (por exemplo, em amplificadores classe D com PWM), diodos conectados reversamente são instalados em paralelo com os transistores de saída. Na fig. 3 mostra as características de carga do estágio de saída push-pull do transistor UMZCH na família de características de corrente-tensão de saída com uma carga puramente resistiva (direta) e com uma carga complexa (elipse) dentro da região de operação segura (OBR) de Transistores CC.
Neste caso, a dissipação de potência máxima para cada transistor do braço do estágio de saída aumenta proporcionalmente ao deslocamento de fase <p do vetor de carga (Fig. 4). O valor típico da mudança de fase geralmente está na faixa de 25...60°, mas em casos raros chega a 80°.
Como a impedância do sistema acústico (AS) é de natureza indutiva, cujo vetor Z1=RL+ZL tem direção oposta à direção do vetor de carga capacitiva (Fig. 4), é possível selecionar um circuito RC (Compensador Buchet) com impedância Z2=R+Zc, compensando a componente indutiva da carga. Como resultado, a impedância do alto-falante torna-se puramente ativa e não depende da frequência. Condições de compensação [1]:
onde RL é o equivalente da resistência ativa do alto-falante (4...10 Ohm); C \u0,1d XNUMX uF. A natureza impulsiva de um sinal sonoro real e a natureza complexa da impedância do alto-falante levam ao fato de que o valor de pico da corrente de saída é 5...8 vezes maior que o valor de amplitude máxima Im, correspondente à operação em carga ativa . Assim, por exemplo, com uma potência de saída de 60 W e uma resistência de carga de 4 ohms, o valor da corrente de pico na saída pode ser de 5,5 A com uma carga resistiva e 33 A com uma carga complexa. Isso mostra como é importante escolher a corrente RC de compensação correta e ter uma margem suficiente de energia UMZCH. Na fig. 5 mostra um diagrama da operação dos transistores terminais no modo AB, onde Uo1, Uo2 são suas polarizações iniciais; lo1, lo2 - corrente quiescente.
Com simetria absoluta da cascata, a característica total é uma linha reta, caso contrário, há uma curva em uma direção ou outra [З]. O som do equipamento de tubo é frequentemente caracterizado por epítetos como "veludo", "suave", "quente", natural etc. O que causou isso? Em primeiro lugar, o fato de que para as lâmpadas o nível de distorção aumenta lentamente com o aumento do sinal, atingindo valores de vários por cento. Tal dependência é chamada de "distorção monotônica". Além disso, harmônicos acima da terça estão praticamente ausentes. Não é à toa que os amplificadores da classe Hi-Fi (High Fidelity - "alta fidelidade") estão sendo substituídos principalmente por amplificadores valvulados da classe Hi End (High End - "high total", "highest") com um fator de distorção de até 1%. Em amplificadores de transistor, as distorções são baixas apenas na área de trabalho e aumentam acentuadamente ao cruzar seus limites. Uma característica da grande maioria dos amplificadores de transistor é uma clara limitação do sinal de saída durante a sobrecarga de tensão como resultado da saturação dos transistores do estágio de pré-saída (amplificador com OE ou OB e sua carga - gerador de corrente, Fig. 6). Essa limitação nem sempre é simétrica, o que leva a um aumento acentuado nos componentes harmônicos mais altos (até 10% ou mais) e a um som "metálico" pesado. Como você sabe, "meandro" contém cerca de 30% de harmônicos ímpares. Ao mesmo tempo, informações úteis nos picos do sinal são completamente substituídas por produtos de distorção puros durante a sobrecarga. Nesse sentido, a amplificação de sinal separada de duas ou três bandas é totalmente justificada. Como o nível dos componentes de alta frequência é 10 ... 15 dB menor, não haverá compressão e desaparecimento completo.
Para reduzir esse tipo de distorção, um limitador de amplitude (Limiter) é instalado diretamente na entrada de um UMZCH convencional. Em um UMZCH multibanda, o limitador não é instalado na entrada comum, mas apenas na entrada do amplificador de graves. Além disso, para amplificadores com alimentação não regulada, é necessário levar em consideração a possível redução da tensão da rede. Uma opção possível para melhorar o som de um amplificador de canal único usando um limitador e controles de tom ativos separados é mostrada no diagrama de blocos (Fig. 7). Nesta opção, ao ajustar o limitador, é deixada uma margem para a capacidade de sobrecarga do amplificador para os componentes de médios e agudos.
A modulação em amplitude de frequências próximas de 50, 100 e 200 Hz na potência máxima do UMZCH, alimentada por uma fonte não estabilizada, também introduz distorções adicionais que conferem rigidez aos "graves". Este tipo de distorção pode ser eliminado alimentando o UMZCH de uma fonte de tensão estabilizada com uma corrente de carga por pulso de pelo menos 20 A ou aumentando a profundidade do OOS em várias ordens de magnitude na região de baixa frequência usando um integrador [ 2]. Sobretons adicionais também são introduzidos pela auto-excitação do UMZCH durante transientes e ao operar em uma carga complexa. Publicação: cxem.net
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