UMZCH simples de alta qualidade. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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 Comentários do artigo

A análise das cartas dos radioamadores que responderam ao artigo [1] permitiu-nos chegar às seguintes conclusões. Em primeiro lugar (e isso é natural), todos são a favor da criação de circuitos simples de amplificadores de potência 3CH (UMZCH); em segundo lugar, quanto mais simples o circuito amplificador, menos rádios amadores treinados realizam sua montagem; em terceiro lugar, mesmo designers experientes muitas vezes ignoram as regras de instalação conhecidas, o que leva a falhas ao repetir o UMZCH em uma base de elementos moderna.

Com base no exposto, um UMZCH foi desenvolvido (ver Fig. 1) baseado nos amplificadores descritos em [1, 2].

Fig.1 (clique para ampliar)

Suas principais características são a utilização de um amplificador operacional em modo de pequenos sinais (como no amplificador descrito em [1]), que expande a banda de frequência dos sinais reproduzidos sem exceder a taxa de variação da tensão de saída do amplificador operacional [ 3]; transistores do estágio de saída - no circuito OE, e do estágio pré-terminal - com carga dividida nos circuitos emissor e coletor. Este último, além da óbvia vantagem de design - a possibilidade de colocar todos os quatro transistores em um dissipador de calor comum, oferece certas vantagens em comparação ao estágio de saída no qual os transistores são conectados de acordo com o circuito OK [2].

Principais características técnicas do UMZCH:

• Faixa de frequência nominal com irregularidade de resposta de frequência 2 dB, Hz.......20...20 000
• Potência de saída nominal (máxima), W, em carga resistiva, Ohm: 4......30(42)
• 8......15(21)
• Coeficiente harmônico na potência nominal, %, não mais, na faixa de frequência nominal.......0,01
• Tensão de entrada nominal (máxima), V.......0,8(1)
• Impedância de entrada, kOhm.......47
• Resistência de saída, Ohm, não superior a.......0,03
• Nível relativo de ruído e fundo, dB, não mais......-86
• Amplitude dos picos de tensão de saída ao ligar e desligar o UMZCH, V, não mais que ... 0,1

O amplificador operacional DA1 é alimentado pelos transistores VT1 e VT2, que reduzem a tensão de alimentação para os valores exigidos. As correntes quiescentes dos transistores criam quedas de tensão nos resistores R8 e R9, suficientes para fornecer a tensão de polarização necessária nas bases dos transistores VT3, VT4 e VT5, VT6. Neste caso, as tensões de polarização para os transistores do estágio final são escolhidas de forma que (0,35...0,4 V) permaneçam fechadas de forma confiável quando a tensão de alimentação aumenta em 10...15% e o superaquecimento em 60...80. °C. Eles são removidos dos resistores R12, R13, que estabilizam simultaneamente o modo de operação dos transistores do estágio pré-final e criam feedback negativo local sobre a corrente.

A relação entre as resistências dos resistores R11 e R4 do circuito OOS é selecionada a partir da condição de obtenção de uma tensão nominal de entrada de 0,8 V. A inclusão de circuitos de correção externa e balanceamento de amplificador operacional não é mostrada no diagrama para simplificar (este será discutido na seção dedicada à configuração do amplificador).

O filtro passa-baixa R3C2 e o filtro passa-alta C3R10 com frequências de corte na região de 60 kHz impedem a operação de transistores de frequência relativamente baixa VT3-VT6 em frequências mais altas, a fim de evitar sua quebra. Os capacitores C4, C5 corrigem as características de resposta de fase das cascatas pré-terminais e finais, evitando sua autoexcitação em caso de insucesso na instalação.

A bobina L1 aumenta a estabilidade do UMZCH sob uma carga capacitiva significativa.

O UMZCH é alimentado por um retificador não estabilizado. Pode ser comum a ambos os canais do amplificador estéreo, mas neste caso a capacitância dos capacitores de filtro C8 e C9 deve ser duplicada, e o diâmetro do fio do enrolamento secundário do transformador T1 deve ser duplicado. Os fusíveis estão incluídos no circuito de alimentação de cada amplificador.

O design do UMZCH pode ser diferente, mas algumas características de design das quais depende o sucesso de sua repetição devem ser levadas em consideração.

Um desenho da placa de circuito impresso e a colocação das peças para um canal do UMZCH são mostrados na Fig. 2

Figura.2

O comprimento dos cabos das peças não deve ser superior a 7...10 mm (para facilitar a instalação, os cabos do amplificador operacional DA1 são encurtados para aproximadamente 15 mm). No UMZCH é necessário utilizar capacitores cerâmicos com tensão nominal de no mínimo 50 V. A placa pode ser montada no dissipador de calor dos transistores do estágio final utilizando racks de 15...20 mm de altura ou nas imediações de ele, usando qualquer conector destacável para conectar o estágio final ao conector do estágio pré-final, por exemplo MRN-22 (os soquetes e pinos do conector são conectados nos pontos 1-5). Neste último caso, a resistência dos resistores R12 e R13 deve ser selecionada igual a 43...47 Ohms, e no soquete do conector com os transistores VT5, VT6 conectados a ele, resistores de mesma resistência R12' e R13' devem ser instalado (isso evitará falha dos transistores se o contato for perdido no conector). O comprimento dos condutores entre a placa e os transistores do estágio final não deve ser superior a 100 mm.

Além do indicado no diagrama, o UMZCH pode utilizar amplificadores operacionais K140UD6B, K140UD7A, K544UD1A, porém, o coeficiente harmônico em frequências acima de 5 kHz aumentará neste caso para aproximadamente 0,3%.

Os transistores do estágio pré-terminal são colocados sobre um dissipador de calor, dobrado a partir de uma placa com dimensões de 70x35x3 mm (excluindo uma aba com furo com diâmetro de 2,2 mm) feita de liga de alumínio, que é fixada na placa com um parafuso e porca M2X8 para evitar quebra dos terminais do transistor devido a impactos mecânicos acidentais.

Os transistores do estágio final podem ser colocados tanto em um dissipador de calor comum a cada canal do UMZCH, quanto em um dissipador de calor comum a ambos os canais. No primeiro caso, eles são fixados no dissipador de calor e este é isolado da caixa UMZCH, no segundo caso, os transistores são isolados, e o dissipador de calor pode ser um elemento estrutural da caixa do amplificador. Para reduzir a resistência térmica do corpo do transistor - dissipador de calor, é necessário utilizar pasta termocondutora. Ao usar dissipadores de calor separados (para cada canal), pode-se usar transistores em caixa plástica, que, devido à pequena área das bases metálicas, podem superaquecer se as gaxetas forem mal feitas ou o contato térmico com o dissipador de calor está solto e há uma quantidade excessiva de pasta na abertura. É aconselhável instalar os transistores em uma caixa metálica em um dissipador de calor comum aos dois canais. A área do dissipador de calor por transistor deve ser de pelo menos 500 cm2.

A instalação do UMZCH e a ligação dos seus canais à fonte de alimentação são de grande importância. Os fios de alimentação (+22 V, -22 V e comum) devem ser tão curtos quanto possível (devem ser colocados separadamente para cada canal) e de seção transversal suficientemente grande (com potência máxima de 42 W, pelo menos 1,5 mm2). Fios da mesma seção transversal devem ser utilizados para conectar os sistemas de alto-falantes, bem como os circuitos emissor e coletor dos transistores do estágio final à placa UMZCH.

Eles montaram o UMZCH com o estágio final desligado. Se for utilizado um conector destacável para conectar partes do UMZCH, é conveniente utilizar uma tomada tecnológica à qual sejam conectados apenas os fios de alimentação e a saída do gerador de sinal 3H. Ao conectar diretamente os transistores terminais à placa UMZCH, basta remover os jumpers de solda dos condutores impressos de seus circuitos de base e soldar temporariamente estes últimos aos terminais do emissor.

Para balancear o amplificador operacional DA1 (se necessário), a placa possui furos para resistores ajustados e fixos ou jumpers de fio para conectar os pinos do microcircuito de acordo com o circuito de balanceamento para um tipo específico. Por exemplo, para equilibrar o amplificador operacional K544UD2, seus terminais 1 e 8 são conectados através de um resistor com resistência de 62 kOhm à saída do motor e um dos terminais do elemento resistivo de um resistor sintonizado com resistência de 22 kOhm. O terminal livre deste resistor é conectado com um jumper de fio ao pino 7 do amplificador operacional e através de um resistor com resistência de 75 kOhm ao pino 5 (na Fig. 2, esses elementos são mostrados como linhas tracejadas). usando o amplificador operacional K544UD1, seu pino 1 é conectado aos pinos através de um resistor com resistência de 4.3 kOhm, resistor aparado com resistência de 1,5 kOhm. Sua saída livre é conectada ao pino 8 do amplificador operacional através de um resistor com uma resistência de 5,1 kOhm e para o pino 7 - com um fio jumper. Para equilibrar os amplificadores operacionais K140UD6 e K140UD7, são usados ​​​​resistores dos mesmos valores, mas a saída livre do resistor de corte é conectada através de um resistor constante com o pino 5 e um jumper com o pino 4 do amplificador operacional. No entanto, o balanceamento pode não ser necessário, portanto, essas peças são instaladas somente se necessário.

A configuração começa com a entrada do amplificador em curto-circuito, um osciloscópio ligado no modo de sensibilidade máxima é conectado à saída e a alimentação é aplicada brevemente. Se não houver tensão alternada na saída, ou seja, não houver autoexcitação, meça o modo de operação dos transistores VT3, VT4 e amplificador operacional DA1 usando corrente contínua. As tensões de alimentação do amplificador operacional devem estar na faixa de +13,5...14 e -13,5...14 V e ser aproximadamente as mesmas (o desvio é aceitável dentro de 0,2...0,3 V). A queda de tensão nos resistores R12 e R13 deve ser igual a 0,35...0,4 V. Se diferirem significativamente (em mais de 10%) do valor especificado, é necessário selecionar os resistores R8, R9, certificando-se de que sejam os novas resistências permaneceram as mesmas. Substitua os resistores quando a alimentação do UMZCH for desligada. A resistência aproximada dos resistores para o amplificador operacional K544UD2A é indicada no diagrama. Ao usar os amplificadores operacionais K544UD1A e K140UD6, sua resistência inicial deve ser de 680 Ohms, e ao usar K140UD7 - 560 Ohms.

Tendo selecionado os resistores R8, R9, meça a tensão DC na saída do UMZCH e, se exceder 20...30 mV, equilibre o amplificador operacional DA1. Em seguida, conecte as bases dos transistores VT5, VT6 aos emissores VT3, VT4 e, ligando brevemente a alimentação, certifique-se de que mesmo nesta forma o UMZCH não se autoexcite. O ruído CA e a tensão de fundo quando a entrada está em curto-circuito não devem exceder 1 mV.

Em seguida, um resistor com resistência de 16 Ohms com dissipação de potência de 10...15 W é conectado à saída do UMZCH, a entrada do UMZCH é aberta, um gerador sintonizado na frequência de 1 kHz é conectado ao e, aumentando gradativamente seu sinal até obter na carga uma tensão de 13,5...14 V, verifique a simetria da limitação das meias ondas positivas e negativas da onda senoidal.

A tensão constante mínima (dentro dos limites especificados) na saída do amplificador é alcançada, se necessário, pelo balanceamento final do amplificador operacional DA1. Depois disso, você pode começar a medir as principais características do UMZCH carregando-o com uma carga nominal - um resistor com resistência de 4 ou 8 Ohms. As características de estabelecimento de um UMZCH deste tipo são descritas com mais detalhes em [XNUMX].

Deve-se, no entanto, levar em consideração que a tentativa de ajustar e avaliar com ainda mais precisão os parâmetros de um UMZCH montado sem observar as regras de instalação acima, sem instalá-lo no local destinado a ele e sem alimentá-lo com energia própria alimentação, não só não dará o resultado desejado, mas também pode levar à falha dos transistores do estágio de saída. A configuração do UMZCH e a medição de suas características devem ser iniciadas somente após seu projeto estar totalmente concluído. A simplicidade do amplificador é apenas aparente. Não devemos esquecer que tanto o amplificador operacional DA1 quanto o UMZCH como um todo utilizam transistores com frequências máximas de geração de 100...300 MHz, e nos estágios de saída - com capacitâncias de transição significativas, o que pode levar à autoexcitação mesmo na aparente ausência de conexões de circuitos reversos e cargas de magnitude suficiente. A indutância insignificante do fio do circuito emissor, a disposição paralela dos fios do circuito base e coletor em um comprimento significativo podem causar autoexcitação em altas frequências, o que é extremamente perigoso para os transistores dos estágios final e pré-terminal. (No entanto, isso é verdade não apenas para o dispositivo descrito, mas também para o UMZCH montado de acordo com qualquer outro esquema.)

As características do UMZCH são medidas de acordo com métodos bem conhecidos, utilizando equipamento de medição apropriado. Para medir parâmetros individuais cujos valores estão além das capacidades dos instrumentos de medição comerciais (por exemplo, pequenas distorções não lineares), você pode usar métodos publicados na revista "Radio" (ver, por exemplo, [4]).

Ao medir o coeficiente harmônico e o nível relativo de ruído e interferência, você deve se lembrar da possível interferência da rede de alimentação, transmissores de televisão e rádio, televisores e outros dispositivos de rádio devido à má blindagem dos fios de conexão, entrada UMZCH e medição sensível instrumentos, bem como na ausência de sua conexão com invólucros não aterrados entre si. Às vezes basta reorganizar o plugue de alimentação de um dos dispositivos ou UMZCH na tomada para obter o resultado errado. A propósito, você não deve usar o método de verificação do UMZCH, conhecido na antiga prática do rádio amador, tocando seu circuito de entrada com o dedo. Isso pode levar a um nível tal de interferência de alta frequência que os transistores de saída falham.

O circuito considerado pode ser tomado como base na criação de UMZCH com diferentes potências de saída. Para fazer isso, basta alterar alguns elementos do UMZCH e da fonte de alimentação. Algumas recomendações sobre este assunto podem ser obtidas na tabela.

Ao construir um UMZCH com potência de saída de aproximadamente 25 W, alguns elementos podem ser eliminados (ver Fig. 3).

Figura.3

Como você pode ver, em vez de um resistor no circuito da entrada não inversora do amplificador operacional DA1, conectado a um fio comum, é utilizado aqui um divisor de resistores R1-R3, o que possibilitou abandonar o terminal intermediário do enrolamento secundário do transformador da rede T1. Isso permite o uso de transformadores com tensão de enrolamento secundário de 24...28 V e protege o sistema de alto-falantes contra falhas se um dos transistores do estágio final quebrar.

UMZCH de acordo com o diagrama da Fig. 3 podem ser montados na mesma PCB (ver Fig. 2). Neste caso, os orifícios para os terminais dos resistores R2, R5-R7 ficam livres, os resistores R8 e R9 são soldados diretamente no circuito de alimentação do amplificador operacional DA1, para o qual são instalados jumpers de fio nos orifícios dos terminais dos emissores e coletores dos transistores VT1, VT2. Com potência de saída inferior a 25 W, os transistores das séries KT805 e KT837 com qualquer índice de letras podem ser usados ​​​​no estágio final.

Estabelecimento de UMZCH segundo o esquema do figo. 3 não difere do descrito acima.

Literatura:

1. Gumelya E. Qualidade e circuitos UMZCH. - Rádio, 1985, nº 9, p. 31-35
2. Rieder I. Abacus Rieder 60-120 - Funktcheu. 1986, nº 2. s. 39-41.
3. Gumelya E. Qualidade e circuitos UMZCH. Rádio, 1986, nº 5. Com. 43-46
4. Mitrofanov Yu. Modo econômico A em um amplificador de potência - Rádio 1986, nº 9 p. 40-43

Autor: E. Gumelya

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