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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Eliminação do efeito do som do transistor do poderoso UMZCH. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Amplificadores de potência a transistor Os ávidos amantes da música, músicos e engenheiros de som há muito notam que há uma diferença no som dos poderosos amplificadores AF de válvulas e transistores. No que diz respeito aos valores medidos de seus parâmetros, os amplificadores de transistor não são inferiores e, às vezes, até superiores aos valvulados. Mas ao ouvir as frequências ultrassônicas do transistor, o chamado "som do transistor" geralmente aparece. Manifesta-se na distorção do timbre natural dos instrumentos musicais e pode ser caracterizada sucintamente como uma perda da "leveza" natural do som, "transparência" insuficiente do som, bem como uma reprodução específica dos componentes de alta frequência do sinal, expresso na sensação de sua "difícil" passagem pelo caminho da reprodução sonora. Os estudos realizados mostraram que esse efeito em diferentes amplificadores da mesma classe não se manifesta da mesma maneira. Os pesquisadores classificaram os amplificadores, classificando-os em ordem de deterioração do som e amplificação do "som do transistor". Como resultado, os especialistas russos afirmaram que a aparência do "som do transistor" está associada ao coeficiente de distorção não linear, com a condição de que todos os outros parâmetros dos amplificadores sejam os mesmos. Esta conclusão é confirmada pelos resultados obtidos por vários pesquisadores ocidentais [1-3], mostrando uma forte influência da não linearidade da característica de amplitude, estimada a partir do coeficiente de distorção não linear do sinal. Deve-se notar que a qualidade da reprodução do som é afetada negativamente não apenas por distorções não lineares. Em muito maior medida, isso se deve aos componentes de combinação do espectro do sinal, que surgem devido à não linearidade da característica de amplitude com amplificação simultânea de sinais com diferentes espectros de frequência [4]. Ao estudar componentes combinacionais, as recomendações MEK foram usadas para medir as chamadas "distorções TIM" (Distorção de Inlermodulação Transitória). Sinais com frequências de 3,18 kHz e 15 kHz foram alimentados na entrada dos amplificadores com a mesma amplitude, proporcionando uma potência de saída com nível inferior ao nível nominal em 3 dB. Os resultados do teste confirmaram as suposições teóricas de que o sinal de saída dos amplificadores transistorizados é mais rico em harmônicos (observa-se a presença de cerca de 11 harmônicos) do que nos amplificadores valvulados (o espectro tem até 5 harmônicos), o que afeta a percepção subjetiva do imagem sonora. Além disso, descobriu-se que o espectro de frequência de combinação dos amplificadores transistorizados é "denso" do que o dos amplificadores valvulados. Essas características no espectro de harmônicos e componentes combinacionais são, segundo os autores, uma das principais razões para o aparecimento do "som do transistor". Do exposto, a conclusão óbvia é que que as normas para o coeficiente de distorção não linear (Kni) dos amplificadores valvulados não são aplicáveis ao transistor UMZCH. Para eles, os livros admissíveis deveriam ser muito menores. O mesmo é verdadeiro para o fator de distorção de intermodulação. Antecipando as dificuldades de influenciar intencionalmente a largura do espectro dos componentes harmônicos do sinal útil, a única maneira de lidar com o "som do transistor" é reduzir o Knee a um valor no qual a influência das frequências combinacionais do sinal não é sentida subjetivamente. Isso requer um método para avaliar distorções não lineares, o que permite determinar inequivocamente o limite abaixo do qual o "som do transistor" não aparece. O método para avaliar a qualidade dos amplificadores usando distorção TIM não difere significativamente do conhecido método espectral, mas não é aplicável na prática, pois é necessário um novo equipamento de medição especializado. Como mostram os estudos apresentados em [6], o método de sinal único é bastante aplicável para avaliar o Knee em qualquer sistema de engenharia de som com uma resposta de frequência uniforme, o que é facilmente alcançado em amplificadores Hi-Fi de alta qualidade. Os resultados abaixo são obtidos como resultado de experimentos realizados de acordo com o método de sinal único. Devido à inerente não linearidade dos transistores, a construção de amplificadores sem a introdução de um dispositivo especial para reduzir a distorção não linear é impossível. A maneira mais eficaz de reduzir KNI é a introdução de feedback negativo (NFB). Para evitar uma série de problemas que todo designer enfrenta ao desenvolver um estágio de saída com OOS [6, 7]. devem ser observadas as seguintes regras:
Melhor atende aos requisitos especificados UMZCH, projetado e construído por Lynch Marshall [8]. Este amplificador é comparável aos amplificadores valvulados. Os resultados correspondentes são mostrados na tabela.
Durante o teste, os amplificadores foram ligados de acordo com o esquema mostrado na Fig.1. Aqui U1 é um gravador de estúdio. Z1 - equalizador multibanda. A1 e A2 são amplificadores cuja qualidade de som é comparada.
Para não atrapalhar a pureza do experimento, não houve filtros de frequência nos alto-falantes que introduzam distorções de fase. Os sistemas acústicos (de projeto próprio) possuíam alto-falantes produzidos pela Gudmans, caracterizados por baixa distorção não linear na faixa de frequência de 0,03 ... 16.5 kHz. Como fonte de sinal, usamos um programa gravado em equipamento de estúdio em uma fita A4615-6P na velocidade de 38,1 cm / s de um disco de gramofone de alta qualidade tocado por um reprodutor Otophon embutido no chassi do gramofone XL-1550 da Pioneer dispositivo. Para evitar sobrecarga nas entradas dos amplificadores, os níveis de sinal foram ajustados para que mesmo no pico de potência de saída permanecesse 3 dB abaixo do máximo. Ao ouvir, a superioridade do amplificador nº 1 sobre os amplificadores nº 2 e nº 3 foi sentida em relação à "pureza" e "transparência" da imagem sonora ao transmitir os componentes superiores do espectro sonoro. Além disso, para obter aproximadamente o mesmo som balanceado (timbre), a resposta do EQ do amplificador nº 1 foi uniforme, enquanto ao trabalhar com o amplificador nº 2, foi necessário um aumento de + 10 dB na faixa de frequência de 1 a 16 kHz. O amplificador nº 3 era inferior em qualidade de som a todos os outros. Os amplificadores valvulados nº 4 e nº 5 não foram unanimemente aceitos, mas descobriu-se que não têm vantagem sobre o amplificador nº 1. Nesse sentido, foram realizados testes adicionais do amplificador nº 1 quando ele foi incluído em um complexo reprodutor de som de tubo bidirecional com feedback eletromecânico (EMOS) e com largura de banda (de acordo com a pressão sonora) de 0,016 ... 25 kHz. O diagrama de blocos da instalação é mostrado na fig. 2.
Como carga de teste do amplificador nº 1 (A2 na Fig. 2), um divisor de resistor R1-R2 foi selecionado para obter um coeficiente de transferência igual a 1. O teste mostrou que a inclusão do amplificador nº 1 em um áudio complexo não leva ao aparecimento de quaisquer "tons de transistor" ao reproduzir uma variedade de programas musicais. Verificou-se que as características do UMZCH nº 1 quase coincidem com as características do UMZCH nº 2, mas possuem um Knin significativamente menor - não ultrapassando 0.04% na faixa de 0,02 ... 20 kHz. Este é o significado de Kni. obviamente, é o limite desejado no qual o "som do transistor *" desaparece. Tomando como base os princípios para projetar equipamentos AF de alta qualidade, bem como uma base de elemento relativamente barata, os autores desenvolveram um amplificador de potência, o circuito de que é mostrado na Fig. 3.
O pré-amplificador consiste em um seguidor de emissor em um transistor VT1 e uma cascata push-pull simétrica em VT2, VT3, coberto por um OOS local devido aos resistores de emissor R11 e R12 e um OOS comum, enrolado nos coletores VT2, VT3 através de um divisor R1-R2-RP3 para a base VT1. O sinal OOS é adicionado lá com o sinal de entrada. Os resistores R2 e RP3 servem simultaneamente como um divisor de sinal de entrada. O ganho do pré-amplificador sem OOS é de cerca de 100, Knee no sinal de entrada máximo é de cerca de 0,15%. A introdução do OOS reduz o ganho para cerca de 5.5 e Knee - para 0.01%. O balanceamento da cascata é realizado pelo resistor RP8. A cascata "buildup" é montada nos transistores VT4, VT5 e VT6 de acordo com um esquema semelhante ao pré-amplificador. O ganho desta cascata sem OOS é de cerca de 100, e Kni = 0,1 ... 0,15%. Isto é conseguido através do uso de transistores BD140/BD139 (sem qualquer seleção de transistores por parâmetros). O seguidor de emissor VT4 serve para aumentar a eficiência do OOS paralelo introduzido da saída do amplificador através do divisor R14-R15-R20. A frequência de corte da cascata é determinada pelas capacitâncias das junções coletoras VT5, VT6 e o valor de C13. Para a capacitância C13 indicada no diagrama, a frequência de corte é de aproximadamente 35 kHz. A cadeia R16-C8 corrige a resposta de frequência. O estágio de saída de acordo com o esquema é semelhante ao amplificador estéreo Brig 001. Para evitar um aumento no Knee e o aparecimento de "som do transistor", é usado o feedback local, implementado nos divisores de resistor R38-R39 e R40-R41-R42-RP44 com baixas resistências. Como na etapa anterior, a seleção dos transistores não foi realizada. Com a ajuda do RP44, o sinal de saída kn é minimizado. Sem OOS Knee em toda a banda de frequência de áudio é de 0.5 ... 0,7%, o ganho é de 2.7. A corrente quiescente dos transistores de saída é ajustada para cerca de 100 mA usando o RP30. e o ajuste "0" na saída é feito pelo resistor RP24. Com um feedback negativo comum cobrindo os estágios "swinging" e de saída. Joelho na potência de saída máxima em toda a faixa de frequência é de 0,02% (medido pelo método de compensação). Com exceção do filtro passa-baixa formado pela cadeia R14-C6, no modo "sinal pequeno" (foi aplicado na entrada um sinal com nível de 0,1 do nominal), a frequência de corte superior do amplificador foi de 1.8 MHz! Para evitar a autoexcitação do amplificador, um compensador Bouchereau - R54-L1 é instalado na saída. A bobina L1 (indutância - cerca de 0,3 μH) é enrolada em R54 (ao longo de todo o comprimento) com um fio de 0.8 (1,0) mm. Os seguintes elementos de substituição são possíveis no amplificador: VT1, VT3, VT4, VT7, VT8 - VS546V, 2T3167V (C), VS107. KT315V(G); VT2, VT9 - VS556V, VS177V(S), 2T3307V(S), KT361B(G); VT5 - 2T9140C, KT814B; VT6 - 2T9139C. KT815V: VT10 -2T7638V. KT626V; VT11-2T7637V, KT807B; VT12, VT13 - KD3442. 2N3442, 2N6259A, KD502. O transistor VT7 é untado com pasta condutora de calor e fixado no radiador próximo ao VT12 ou VT13 (na parte superior do radiador). Em conclusão, podemos dizer que:
Literatura
Autores: D.Kostov, V.Todorov
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