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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Amplificação multicanal em UMZCH com OOS extremamente profundo. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Amplificadores de potência a transistor O autor propõe uma estrutura multicanal original do transistor UMZCH. Este amplificador atinge uma distorção muito baixa devido ao feedback multi-loop. Banda larga (até 100 MHz) OOS é obtido no canal principal de baixa potência com retardo muito baixo. Na verdade, o autor desenvolveu um amplificador de precisão de alta velocidade. Não menos importante, o motivo para escrever o artigo foi o debate em andamento entre os audiófilos sobre os perigos do OOS e a restrição de seu uso. Infelizmente, impressões superficiais são mais do que suficientes para acusar o OOS de incorreção. Claro, a crítica do NOS profundo geralmente não é séria; o motivo do resultado negativo deve ser buscado no projeto do circuito dos amplificadores. Em dispositivos amplificadores-receptores para fins profissionais e militares em frequências de até 1 GHz [1], recomenda-se o uso de cascatas com NFB preciso, pois fornecem a máxima faixa dinâmica e linearidade. Recomendações semelhantes são implementadas em equipamentos de rádio amador [2]. O critério fundamental para a linearidade de um amplificador "ideal" é a identidade de escala dos valores instantâneos dos sinais de entrada e saída. É o OOS que estabiliza o ganho do amplificador em termos de parâmetros determinados pela estrutura e tipo de feedback. A qualidade da estabilização é determinada pela margem de ganho dentro do loop CNF [3]. Margem de ganho - acima de 120 dB em uma banda de 20 kHz - compatível com a faixa dinâmica do dispositivo, permite gerar um sinal de saída com erro inferior a 0,0001%. Assim, o uso de realimentação extremamente profunda deve ser considerado obrigatório para garantir a amplificação de alta qualidade dos sinais de banda larga e a linearidade dos amplificadores de transistor. Infelizmente, apesar dos termos bem conhecidos desses conceitos, muitas vezes eles são interpretados de maneira bastante estranha ou até mesmo ignorados, por isso alguns comentários são necessários. Critérios e princípios de proteção ambiental Muitos desenvolvedores UMZCH prestam atenção ao fato de que o amplificador deve ter alta linearidade mesmo antes da cobertura OOS. No entanto, é mais importante que o UMZCH tenha uma alta linearidade na faixa de frequência, cujo período é próximo ao tempo de passagem do sinal pelos estágios de amplificação percorridos pelo OOS. Como o feedback não funciona mais nessas frequências, não linearidades e ruídos provocam o aparecimento de componentes de combinação no processo de modulação parasitária nas cascatas UMZCH. Na faixa de frequência em que o NOS ainda está em vigor, efeitos desagradáveis são possíveis quando a eficiência do feedback é bastante reduzida sob certas condições [4]. Acontece que o sinal na saída do amplificador é muito semelhante à entrada, mas ainda contém um emaranhado complexo de componentes parasitas. Como resultado dessa amplificação, aparecem distorções multiplicativas de fase, semelhantes ao "jigger" nos canais de transmissão digital. A base da alta linearidade deve ser considerada a operação de dispositivos eletrônicos em um sinal baixo [5], próximo ao modo estático, uma vez que mudanças em seus parâmetros elétricos sob a influência de um sinal ou fator desestabilizador são a causa raiz das distorções. Um grande nível de sinal leva a mudanças nos parâmetros de amplificação e frequência de tempo das cascatas. O tempo para o sinal passar pelos estágios do amplificador depende de muitos fatores, o que leva ao aparecimento de fenômenos do tipo "jitter", independentemente da presença de feedback. Ao mesmo tempo, para o FOS, é fundamentalmente importante que o tempo de atraso do sinal de feedback seja extremamente curto, o que é realmente próximo ao tempo de trânsito do sinal pelas cascatas do amplificador, porque neste momento o sinal do FOS é atrasado em relação à entrada sinal. Quanto maior o nível deste sinal (ou seja, maior o ganho) e o tempo de atraso do sinal, maior a modulação e distorção parasitárias. Consequentemente, requisitos mais rigorosos são impostos à capacidade de sobrecarga das cascatas. A sobrecarga das cascatas bloqueia as funções estabilizadoras da proteção ambiental. A probabilidade de sobrecarga está realmente relacionada ao tempo de resposta * através do loop de realimentação (o tempo entre a chegada de um sinal na entrada do amplificador e sua resposta de volta pelo circuito de realimentação). A maioria das deficiências do UMZCH com OOS profundo está relacionada precisamente ao forçamento da amplificação em frequências cujo período é próximo ao tempo de passagem do sinal pelos estágios de amplificação cobertos pelo OOS. A degradação da qualidade do amplificador progride com o aumento do tempo de atraso na malha de realimentação, agravada com o aumento do número de estágios. Em outras palavras, o número de estágios sucessivos de amplificação em uma grande profundidade do feedback total é muito limitado. Deve-se notar que o uso de estágios de transistor com um emissor comum (incluindo estágios diferenciais e geradores de corrente) tem um efeito muito negativo nas características de modulação e sobrecarga do amplificador. Cascatas desse tipo na verdade representam um mixer, onde sua faixa dinâmica serve como critério de linearidade. Na faixa de modos permitidos para transistores, o limite superior da faixa dinâmica é proporcional à corrente que passa pelo mixer [2]. Em outras palavras, as cascatas devem ter uma grande faixa dinâmica e os respectivos modos de corrente e tensão para transistores, e suas mudanças na presença de um sinal são mínimas. O próprio sinal deve ser suficientemente "lento" em comparação com a velocidade dos elementos amplificadores, então há menos mudança de sinal durante o tempo de reação no loop de feedback e menos distorção. A frequência de corte Fgr dos dispositivos de amplificação deve ser tão grande quanto possível a frequência de ganho unitário F1 do amplificador. Assim, um número extremamente limitado de estágios e um tempo de resposta extremamente curto do loop de feedback são as condições fundamentais para alcançar a linearidade em uma banda larga e uma grande faixa dinâmica do amplificador. Além disso, as cascatas devem operar na classe A, de forma que fora da faixa de operação seu coeficiente de transferência seja significativamente menor que um. Em outras palavras, na ausência de "corcundas" na resposta de frequência, a frequência de fechamento Fdet do loop CFO (Fdet é o recíproco do tempo de reação do loop FOS) deve ser muito maior que a frequência de ganho unitário (Fdet > > F1), e o sinal em frequências próximas a Fdet deve ser bastante enfraquecido. Ao mesmo tempo, com um OOS extremamente profundo, um baixo nível de penetração do sinal de saída para a entrada UMZCH na frequência de fechamento do loop OOS deve ser assegurado simultaneamente. O último fator é muito importante, pois é no UMZCH que o nível do sinal de saída (em termos de tensão) é grande, e a eficiência da intermodulação tem uma dependência próxima ao cubo do sinal de entrada [2]. Por sua vez, o circuito NF geral não deve ter conexões adicionais (e parasitárias) com cascatas UMZCH intermediárias ou com circuitos NF locais. O significado é simples: é necessário excluir a penetração do sinal pré-distorcido no loop do OOS geral. O ganho com OOS ativado deve ser mínimo. Em outras palavras, quanto menor o ganho, proporcionalmente maior a relação sinal-ruído + interferência e proporcionalmente menor a frequência de ganho unitário do UMZCH em uma frequência de corte de ganho de loop fixo. Observe que um aumento no nível do sinal de entrada e o uso de amplificadores de entrada com ruído ultrabaixo podem levar a uma deterioração nas características de sobrecarga de entrada do UMZCH. Os circuitos do caminho do sinal, bem como a entrada e OOS (especialmente em RF) devem ser de resistência relativamente baixa (dezenas a centenas de ohms). E aqui deve-se atentar para o fato de que a diminuição da resistência do circuito que controla o transistor, conectado segundo o circuito com emissor comum (CE), piora drasticamente suas características de sobrecarga. Os resistores nos circuitos de base e emissor dos transistores de estágio de amplificação melhoram significativamente suas características de linearidade e sobrecarga. Aumentar a resistência de entrada reduz a corrente de entrada e, assim, reduz de forma simples e eficaz o ganho em frequências próximas a F. Nesse caso, é altamente desejável ligar esses resistores (para reduzir o ganho) em cada estágio de amplificação [4, 6], mas a maior eficiência é alcançada quando eles são ligados justamente na entrada do amplificador [7]. Esses resistores desempenham funções semelhantes em dispositivos de radiofrequência [2] (amplificadores, misturadores, etc.), reduzindo a amplificação das cascatas na frequência de corte (Fgr = Fzam) dos transistores utilizados e reduzindo sua tendência à auto-excitação. No entanto, deve-se observar aqui que, com uma grande alteração na corrente de base, o resistor no circuito de base pode criar um nível muito grande de distorção. Como consequência, o uso de resistores nos circuitos de base só deve ser utilizado quando o transistor estiver operando em estruturas com SAO muito profundas. Encontrar um meio-termo entre os requisitos mutuamente exclusivos listados acima costuma ser uma tarefa ingrata. A execução absoluta e a combinação deles em um amplificador é simplesmente irreal. Só é possível realizar um OOS extremamente profundo, bem como os requisitos indicados, apenas com amplificação multicanal, ou seja, com base em Multichannel Amplifying Structures (MCUS). Critérios e princípios do ICCC O uso do MKUS permite reduzir radicalmente o tempo de atraso do sinal no amplificador, ou seja, garantir um tempo de resposta extremamente curto do loop de realimentação. Como resultado, torna-se possível aumentar drasticamente a frequência de fechamento do loop CNF (Fc), para fornecer uma margem de ganho muito grande - e tudo isso com um nível de ruído próximo ao limite. Nesta versão do amplificador, é possível combinar as vantagens de várias abordagens em engenharia de circuitos, usando nós significativamente diferentes com diferentes especificidades e muitas vezes com características únicas. Em tais estruturas, é possível utilizar diferentes classes de amplificação (A, B, C e até D), circuitos de comutação e tipos de dispositivos eletrônicos. As opções para conectar canais de amplificação adicionais neste caso são baseadas no critério de suprimir o sinal do canal principal (tanto em sua entrada, saída e interior) por meio de sua amplificação adicional e transmissão para o circuito de saída. Em geral, o processo de transmissão desse sinal pode ser realizado por outros amplificadores. Assim, é possível criar uma margem de ganho muito grande dentro do loop CNF e, assim, fornecer um erro extremamente pequeno no loop CNF. Pois a consequência de um ganho ideal em um amplificador com um OOS comum é ... a ausência de um sinal na saída do somador de sinais diretos e de retorno (ao longo do circuito OS). Aqui, o conceito do amplificador (canal) principal (principal) expressa sua prioridade no fechamento do loop de feedback com uma influência decisiva na formação de um sinal de saída não distorcido. O parâmetro principal do canal de amplificação principal deve ser considerado seu tempo de atraso, que deve ser extremamente pequeno. Parâmetros específicos de canais de amplificação adicionais podem ser o nível de ruído intrínseco, potência de saída, etc. Deve-se notar que os princípios do processamento de sinal multicanal (paralelo) são conhecidos há um tempo relativamente longo [9], mas, infelizmente, além de equipamentos de medição de precisão, eles são raramente e modestamente usados. Especialmente na implementação de uma grande margem de ganho dentro do loop OOS. Ao mesmo tempo, vários esquemas de UMZCH [5, 10] ** e amplificadores operacionais de banda larga se enquadram no conceito de MKUS. Assim, é aconselhável complementar diferentes abordagens em circuitos UMZCH [3-8] com a lógica de operação paralela de amplificadores, ou seja, MKUS. Deve-se notar que o número de opções para construir amplificadores baseados em MKUS é bastante grande, mas em relação ao UMZCH faz sentido usar estruturas que, devido a uma margem de ganho muito grande, tornariam até um poderoso e muitas vezes de baixa frequência estágio de saída executa suas funções perfeitamente.
Como exemplo de MKUS, considere o circuito (Fig. 1) de um amplificador inversor de três canais projetado para operar em uma carga de baixa potência. Aqui, o amplificador operacional DA1 (ajustado adequadamente) é o canal principal do amplificador que define a frequência de fechamento do loop CFO (Fzam), e os amplificadores DA2 e DA3 formam canais adicionais que operam de acordo com o critério de supressão de sinal, respectivamente, na entrada e saída de DA1. Assim, o sinal que passou pelos resistores R1, R7 para a entrada do amplificador operacional DA1 é amplificado e através do capacitor C2 é alimentado na saída do amplificador. Os elementos C1, R2 e R1 formam um loop OOS. Além disso, o sinal é amplificado através do canal DA2, bem como DA3, de onde passa para a saída comum através do resistor R11. Assim, em relação aos sinais de baixa frequência, o ganho dentro do loop CNF aumenta significativamente. Os divisores de sinal R5R6 e R8R9 fornecem prioridade ao canal principal (DA1), reduzindo o ganho de DA2 e DA3 a um nível no qual a mudança de fase adicional introduzida por esses amplificadores operacionais é facilmente compensada pelo canal principal. Aqui você deve ser guiado pela regra: o sinal deve ser reduzido (dividido) precisamente na entrada de canais de amplificação adicionais, o que melhora significativamente suas características de sobrecarga. Uma exceção pode ser apenas amplificadores conectados à entrada (DA2), devido à deterioração da relação sinal-ruído. Os resistores R4 e R7 melhoram as características de sobrecarga de entrada. Funções semelhantes, ainda que indiretamente, são desempenhadas pelos elementos R3 e R10; eles reduzem significativamente o ganho dos estágios de entrada do amplificador operacional, especialmente perto de Fdet. Deve-se enfatizar aqui que tais resistores eliminam esse problema, pois a correção de frequência do amplificador operacional de acordo com o método padrão, via de regra, não protege os estágios de entrada do amplificador operacional da sobrecarga do sinal de RF. Na ausência desses resistores, os produtos de distorção de alta frequência através do capacitor C1 vão diretamente para as entradas do amplificador operacional e os sobrecarregam (o ganho é forçado em frequências próximas a Fzam). Por sua vez, OOS profundo para RF (através do capacitor C1) cria uma grande queda na resposta de frequência do amplificador na frequência F1 do amplificador operacional DA1. Assim, características de alta sobrecarga são fornecidas tanto na saída DA1 quanto na entrada DA3 e, como resultado, todo o amplificador como um todo. Nas frequências de áudio, o sinal é amplificado sequencialmente por três amplificadores operacionais - DA2, DA1, DA3 (eles também podem ser feitos com a tecnologia MKUS). O uso de um amplificador operacional simplifica a implementação do projeto, embora o uso de transistores de alta frequência e de micro-ondas não seja proibido. Passando para a opção UMZCH, é muito tentador usar um amplificador potente (doravante ULF) como DA3, com uma alta resistência de saída da qual o resistor R11 pode ser excluído. Outra solução também é possível: em vez dos elementos C2 e R11, use um dispositivo de correspondência mais eficiente (multicanal), então o ULF pode ser feito como uma unidade separada! Isso permite reduzir o nível de interferência e interferência em 20...40 dB. Quanto a outras unidades amplificadoras, aqui é tecnologicamente conveniente usar amplificadores operacionais de banda larga (rádio frequência) que permitem operação com cem por cento OOS. Em outras palavras, o tempo de trânsito do sinal extremamente curto e, conseqüentemente, a mudança de fase mínima na frequência de ganho unitário são parâmetros decisivos ao escolher um amplificador operacional. Toda a gama de argumentos é bastante complicada e, portanto, a escolha recaiu sobre um amplificador operacional de banda larga relativamente médio. Claro, o uso de uma base de elemento ultramoderna com características "altas" é bastante impressionante, mas a um preço alto não é aconselhável. Enquanto isso, a alta eficiência do MKUS com a adição de sinais na saída do amplificador (com um dispositivo de correspondência de alta qualidade) possibilita o uso de transistores com parâmetros modestos no estágio de saída do canal de baixa frequência. Devido à frequência de corte Fgr relativamente baixa de dispositivos bipolares potentes, é necessário focar no requisito essencial discutido acima: a operação de transistores próximos à frequência não é permitida e, como resultado, a amplificação do UMZCH (com o feedback ativado) nesta frequência deve ser insignificante (F1< Fgr). Aumentar a frequência de corte do loop CFO para a relação F1> Fgr leva ao fato de que o amplificador de entrada (geralmente muito banda larga) causa uma sobrecarga das cascatas subsequentes de baixa frequência do UMZCH. Com base nos princípios aqui descritos, unidos pela tecnologia MKUS, o autor desenvolveu um esquema para um UMZCH de três canais relativamente simples, mostrado na Fig. 2. Sua potência nominal Pout 75 W ao operar em uma carga Rn = 4 ohms.
O canal de amplificação principal (DA1, VT1) usa um amplificador operacional de RF AD812. Sua frequência de ganho unitário F1 = 100 MHz, auto-ruído EMF Esh = 4 nV/Hz, e o ganho é de cerca de 40 dB a uma frequência de 3 MHz, correspondendo à frequência Frp de poderosos transistores ULF (A1 na Fig. 2) , que permite suprimir efetivamente a distorção do estágio de saída ULF. É o canal principal que determina a frequência de fechamento do loop CFO (Fzap e a estabilidade do UMZCH em frequências acima de Fgr. Um tempo de reação muito curto e estável do loop CFO é garantido pela velocidade do canal principal e pela operação do repetidor no VT1 no modo classe A, que elimina fenômenos semelhantes a jitter (modulação de fase). Nesse esquema, o canal principal opera na faixa das frequências de áudio até a frequência Fzam. A especificidade e prioridade do canal principal é sua operação em frequências próximas a Fzam e o fechamento do loop OOS. Vamos considerar a operação do UMZCH na faixa de frequência de F1 = Frp = 3 MHz a Fdet = 250 MHz, utilizando um sinal pulsado com frentes íngremes para análise. O sinal de entrada através dos resistores R1, R2 chega à entrada do sinal UMZCH (ponto A), depois através do resistor R9 - à entrada do amplificador operacional DAI, VT1, cujo emissor é a saída do canal principal (ponto B ). Da saída do canal principal pelos elementos C7, C8 e R22 do dispositivo correspondente, o sinal passa para a saída UMZCH (ponto C), onde este sinal domina o sinal que veio do ULF, e depois pelo circuito C2 , R3 fecha o circuito OOS para a entrada do sinal UMZCH no ponto A. O circuito RF OOS de baixa resistência (elementos C1, C2, R2, R3) fornece divisão de sinal de alta qualidade nessas frequências, enquanto as indutâncias L1 e T1 separam os parasitas (montagem) capacitâncias. O sinal operando no ponto A é adicionalmente amplificado pelo segundo canal de amplificação (DA2). Este canal de amplificação adicional é habilitado pelo critério de supressão do sinal do canal principal (DA1) em sua entrada. Para um sinal, o canal no DA2 é um pré-amplificador, ele "desliga" apenas nas frequências mais altas (acima de 10 MHz), onde ocorre uma mudança de fase inaceitável em condições de estabilidade. O sinal amplificado do amplificador operacional DA2 através do dispositivo de prioridade DA1 (divisor de sinal R10R11) é alimentado para a entrada não inversora DA1. Nas frequências de áudio, a saída DA2 tem um nível de sinal muito baixo, ou seja, funciona quase em modo estático. Assim, um sinal amplificado em série por dois amplificadores operacionais (DA2, DA1) também chega à saída do canal de amplificação principal (ponto B). Lá, o sinal se ramifica através do resistor R23 para o terceiro canal de amplificação - A1 (ULF), de cuja saída sai o sinal de áudio e frequência "zero" através do dispositivo correspondente (enrolamento secundário do transformador T1). a saída do UMZCH (ponto C). Nas frequências em que a velocidade do ULF é limitada, o estágio de saída no VT2 com o transformador T1 funciona de acordo com o critério de supressão dos erros de amplitude e fase na saída do ULF. O uso de indutância na forma de T1 é ditado pela necessidade de atender a duas condições conflitantes: uma resistência muito baixa do dispositivo correspondente em frequências de áudio e alta em frequências próximas a Fgr, transistores poderosos. Deve-se enfatizar aqui que a questão da combinação correta de estruturas de RF e LF de baixa resistência é muito importante devido à ocorrência de várias ressonâncias parasitas. Nesse caso, a ressonância ocorre em um circuito formado pelo capacitor C7 e a indutância do enrolamento secundário T1 e está intimamente relacionada ao ganho e à fase na saída ULF. Circuito C8, R22 reduz o fator de frequência e qualidade deste circuito. O circuito oscilatório dos elementos C9, R27 e a indutância do enrolamento primário do transformador T1 os reduzem ainda mais, pois são sintonizados em uma frequência ainda mais baixa. O transformador deve ser considerado um filtro (LPF) e um elemento do adicionador de sinal na saída UMZCH, que suprime os resquícios de manifestações ressonantes parasitas e erro de fase usando os recursos de amplificação do canal principal no DA1. O enrolamento primário T1 está conectado a um seguidor de emissor em um transistor VT2, que ao mesmo tempo é um estabilizador de corrente para VT1.A prioridade do canal principal (DA1) é fornecida se o transformador for abaixador. A tensão do enrolamento secundário T1 é realmente ligada em série com a tensão proveniente da saída ULF. Para suprimir efetivamente a distorção ULF, o transformador deve ter banda larga suficiente, ter alta eficiência (boa ligação de fluxo) em frequências da ordem de Fgr. Os microcircuitos de RF precisam ser alimentados por um regulador bipolar separado com uma tensão de ±12,5 V. Agora, sobre o ULF, cujo esquema é mostrado na Fig. 3. Seu estágio de saída é um poderoso seguidor de emissor simétrico controlado por um gerador de corrente [8]; o esquema é clássico e dispensa comentários. O ULF é habilitado de acordo com o critério de supressão de sinal na saída do canal principal. Antes do ULF, está incluído um dispositivo para criar a prioridade do canal principal (DA1) - um divisor de resistores R23 (ver Fig. 2) e R32 (Fig. 3). Sua tarefa é reduzir o ganho ULF em frequências em torno de Fgr com uma mudança de fase mínima e, em frequências mais altas, reduzir o ganho a zero por meio de C20. Isso melhora as características de sobrecarga e a imunidade ao ruído do ULF.
Assim, a contribuição do ULF para o sinal de saída do UMZCH em altas frequências (acima de 3 MHz) diminui três vezes: como resultado de OOS profundo (devido à diminuição da resposta de frequência nas frequências Fgr), o divisor R23R32 e C20, e também devido à alta resistência indutiva do enrolamento T1. A uma frequência de cerca de 15 MHz, a tensão na saída ULF (no ponto E) está 180 ° atrás da tensão na saída UMZCH (no ponto C)! O capacitor C25 no ULF executa uma função dupla. Além de criar uma correção de frequência ULF, em uma cascata nos transistores VT6, VT7 forma um canal paralelo em frequências acima de 3 MHz. O sinal do emissor VT3 é alimentado através do capacitor C25 (desviando VT4 e VT7) para os seguidores do emissor de saída (com o nível de entrada ULF), reduzindo o tempo de trânsito do sinal através do ULF. Aqui é necessário apontar o papel ambíguo do circuito de correção de chumbo por meio do capacitor C22. Este capacitor reduz o deslocamento de fase do sinal na saída ULF (em frequências da ordem de 3 MHz), enquanto o nível do sinal na saída do canal principal diminui (ponto B). Mas o capacitor C22 aumenta a amplificação em frequências acima de Fgr, o que piora as características de sobrecarga do canal e aumenta sua distorção. Portanto, o uso de C22 é justificado apenas ao usar transistores de alta frequência insuficientes (série KT818, KT819); em outros casos, a cadeia R34, C22 deve ser excluída. Assim, o sinal na saída do UMZCH (ponto C) é na verdade um sinal composto. Os sinais na banda de frequência operacional passam para a saída do ULF através do enrolamento secundário T1. e o sinal de compensação para suprimir a distorção ULF em altas frequências é através dos transistores VT1, VT2 e do transformador T1. O ganho sequencial de todos os canais (DA2 DA1, ULF) na frequência de 20 kHz atinge 160 dB. o que reduz o erro com o FOS introduzido para um valor inferior a 0,0001%. A pequenez desse erro (nível de sinal no ponto A) pode ser avaliada visualmente após sua amplificação pelo amplificador operacional de RF DA2 (no ponto D), usando o método de I. T. Akulinichev [3] conhecido pelos leitores da revista. Mas devido à enorme margem de ganho dentro do loop de realimentação, o erro é muito pequeno (menos de 1 mV) e é quase linear. Porém, aqui é preciso ficar atento ao nível de interferência e conexões parasitas nos circuitos de sinal, inclusive por meio de fios comuns. Por exemplo, a corrente no circuito OOS (através dos elementos C1, C2, R2 - R5) na frequência de 20 kHz cria uma queda de tensão no fio SCR em um nível de vários microvolts em relação ao circuito de precisão OP1. Este captador no SCR é linear e não oferece nenhum perigo. Mas, apesar da escassez, o captador, amplificado milhares de vezes, aumenta significativamente o nível do sinal na saída do amplificador operacional DA2. Para observar corretamente a magnitude do erro no circuito CNF, deve-se utilizar um fio comum para todos os estágios, fechando OP1-OP4 a OP5, e um amplificador adicional por 20 ... 40 dB. Oscilogramas de um sinal sinusoidal com uma frequência de 20 kHz mostram-se no figo. 4 durante a operação do UMZCH com potência de saída Pout = 75 W; de cima para baixo: saída DA2 (ponto D) em uma divisão de escala de 1 mV, saída DA1 (ponto B) - em uma divisão de escala de 0,5 V. O ruído de alta frequência na entrada do amplificador é atenuado pelo filtro R1C1, e seu capacitor também está incluído no circuito RF OOS (R2 / R3 \u2d C1 / C7). O circuito OOS de baixa resistência reduz drasticamente o efeito da interferência de RF e capacitâncias parasitas. Os resistores R9 e RXNUMX aumentam efetivamente a capacidade de sobrecarga dos amplificadores operacionais de RF, reduzindo significativamente o ganho de RF de seus estágios de entrada. A combinação dessas medidas reduz significativamente a amplificação intraloop em frequências próximas às frequências, excluindo a amplificação ULF na frequência de corte de transistores potentes, o que garante altas características de sobrecarga. Em frequências abaixo de 200 kHz, o ganho é determinado pela relação (R3+R4+R5)/(R1+R2) =10. Os transistores VT8, VT9 estabilizam a corrente quiescente do estágio de saída [3] de acordo com o critério de estabilização da tensão de polarização nas bases dos transistores de saída. Em caso de sobrecarga de corrente, os transistores VT5 e VT20-VT22 bloqueiam o ULF (VT10-VT19) por oito ciclos do gerador, feitos nos elementos DD1 1-DD1 3 (ou seja, por cerca de 30 ms).
O controle e a sintonia do UMZCH devem ser realizados na faixa de 100 MHz. Para fazer isso, é aconselhável aumentar a frequência de corte do loop OOS reduzindo pela metade a resistência dos resistores R1 e R4 + R5. Depois, desligando o DA2 (para isso basta dessoldar uma das conclusões do R10), no ponto C eles controlam o declínio monótono em sua resposta de frequência em frequências acima de 1 MHz. Se necessário, reduza o ganho do canal principal DA1 aumentando a resistência R9. Em seguida, um sinal de pulso "meandro" com frequência de 250 kHz é aplicado à entrada com uma oscilação de tensão de 0,5 V. Não faz sentido fornecer um nível de sinal mais alto, uma vez que a potência de saída do UMZCH em frequências acima de 250 kHz é forte está ligada à potência do estágio de saída do canal de amplificação principal (VT1, VT2). Nesse caso, o sinal pré-distorcido da saída DA1 (ponto B) deve ser considerado o mais informativo, que, na verdade, é um sinal amplificado multiplicado do erro do loop de rastreamento OOS. O sinal no ponto B deve ter um caráter de impulso com uma forma próxima ao expoente. Com a configuração correta, os pulsos devem ser relativamente curtos, suas frentes devem ser íngremes e as descidas devem ser suaves e suaves. Em nenhum caso devem ser observadas ressonâncias ou quebras em seus oscilogramas. Os sinais de pulso em diferentes pontos do UMZCH, medidos em uma frequência de corte dupla, são mostrados nos oscilogramas da Fig. 5, ao trabalhar com carga resistiva com resistência de 4 ohms - nos oscilogramas da fig. 6; ao trabalhar em uma carga reativa (capacitor com capacidade de 1 μF) - nos oscilogramas da Fig. 7. Assim, de cima para baixo: saída DA2 (ponto D) em um valor de divisão de 0,2 V, saída DA1 (ponto B) em um valor de divisão de 2 V, saída UMZCH (ponto C) e saída ULF (ponto E) em um valor de divisão de 5 V A velocidade de varredura para essas formas de onda é de 1 µs.
Se necessário, primeiro ajuste o ganho e a correção do ULF (elementos R35, R34, C22, C25), o coeficiente de atenuação do sinal do dispositivo prioritário (R23, R32, C20, C21) e depois ajuste o dispositivo correspondente ( C7, C8 e R22, C9 e R27, T1), excluindo o processo oscilatório de estabelecimento de um sinal na saída de DA1 (ponto B). Em seguida, conecte e selecione o resistor R10 de acordo com o critério da amplitude mínima dos pulsos na saída de DA2 com alta linearidade (suavidade) deste último. Depois disso, a denominação é escolhida em 10 ... 20% a mais e soldada na placa. A corrente quiescente do estágio de saída ULF é regulada em um nível de cerca de 100 mA selecionando o resistor R48, a corrente de bloqueio ULF (8 A) é R63 e a corrente quiescente do transistor VT1 (200 mA) é R25, respectivamente. E, finalmente, a operação do UMZCH é verificada quanto à ausência de excitação ULF quando sobrecarregado com um grande sinal de entrada na banda de 30 ... 300 kHz. A excitação do ULF indica suas propriedades de velocidade e sobrecarga muito baixas, um grande ganho em F^, uma frequência de corte excessivamente alta do loop NF ou prioridade insuficiente do canal principal, o que é possível quando os componentes mudam. Após o ajuste, a frequência de corte do loop CNF é restaurada. Construção e detalhes É o canal principal que determina o tempo de atraso do loop de rastreamento OOS, o ganho em altas frequências e, como resultado, a eficácia da supressão de vários tipos de ressonâncias e distorções parasitas. Assim, os requisitos mais rigorosos são impostos ao DA1: ele deve ser de radiofrequência, ou seja, deve funcionar corretamente com um alto nível de sinal de RF e com uma carga padrão de 50 ohms. Altas demandas também são colocadas no transistor VT1, que também introduz um atraso de tempo. Portanto, deve ser de alta frequência (por exemplo, das séries KT922, KT925) e sua corrente é suficiente para funcionar com o amplificador operacional DA1. Devido à corrente relativamente pequena VT1 (200 mA), a impedância de carga UMZCH em frequências acima de 1 MHz deve ser maior, sendo obrigatória a presença de um filtro (indutor L1). Outro objetivo do L1 é bloquear a passagem de oscilações de alta frequência do AC para a saída UMZCH (para o ponto C) e posteriormente para o circuito OOS. Devido à frequência muito alta de fechamento do loop CNF, o comprimento físico do canal de amplificação principal e do circuito CNF no RF deve ser mínimo e a implementação deve levar em consideração os requisitos para dispositivos de RF. Os requisitos para o amplificador operacional DA2 são menos rigorosos, mas deve-se enfatizar que é o amplificador operacional DA2 que é o pré-amplificador que determina o nível de ruído, interferência, precisão do OOS, etc. como consequência, ele é obrigado a trabalhar em condições de "estufa". As condições são as seguintes: a presença de um resistor de resistência relativamente alta no circuito de entrada (R7), que elimina a sobrecarga do amplificador operacional em frequências próximas à frequência Fzam; operação do estágio de saída do amplificador operacional no modo de sinal baixo da classe A; a presença de uma fonte de alimentação separada ou filtros RC nos circuitos de alimentação para reduzir a interferência. No projeto, é importante ter fios comuns separados: sinal OP1 e circuito de potência OP2. "A questão do "terra" é muito importante, porque o sinal nos estágios do amplificador é determinado em relação ao fio comum [8]. A indução de interferência de baixa frequência na parte do sinal ou no fio comum do sinal é realmente idêntica . Portanto, os circuitos OP1 -OP4 devem estar na blindagem (também é um fio OP5) e são necessariamente feitos com fios separados.A cascata no amplificador operacional DA2 também deve ser blindada. Os resistores R16-R20 fornecem um circuito mais curto caminho para correntes de alta frequência ignorando o ponto comum de fechar todos os OPs para o caso UMZCH. Altos requisitos são colocados na qualidade do capacitor C2, uma vez que toda a tensão de saída ULF é aplicada a ele. Portanto, deve ter baixa absorção e tensão nominal de pelo menos 250 V (de não deficientes - KSO, SGM); capacitor C1 é desejável para usar o mesmo grupo. Resistores do circuito de entrada e OOS (R1-R5) - MLT ou OMLT. Capacitores C7-C9 no dispositivo correspondente - K73-17 ou cerâmica com um pequeno TKE. Deve-se notar que, para excluir a excitação, os transistores VT8, VT9 devem estar localizados próximos a VT6, VT7 e VT10-VT13. Quando o amplificador estiver excitado, recomenda-se dobrar as resistências dos resistores R47-R49 e R51, R53 ou aplicar um bias semelhante ao utilizado em [4]. Não há outros requisitos para a base de elementos ULF, portanto, é possível sua implementação com base em outros esquemas. No entanto, deve-se dar preferência a circuitos e base de elementos mais avançados (ou seja, banda larga e multicanal!), Em nenhum caso o ganho deve ser forçado devido às suas características de sobrecarga. É permitido aumentar a potência de saída do UMZCH sem alterar o circuito até 120 W usando os transistores KT14, KT9 na cascata VT8101-VTT8102 e aumentando a corrente do coletor VT1 para 250 mA. Conforme mencionado acima, o ULF pode ser removido do canal UMZCH principal a uma distância de até 40 cm (com os valores de componentes indicados). Para o autor, com uma versão protoboard, o comprimento dos fios do resistor R23 e do transformador T1 ao ULF é de 30 cm, ao contrário, o comprimento dos condutores do emissor VT1 a R23 e dos elementos C7, R22 ao transformador T1 deve ser mínima. As bobinas LI, L2 são enroladas em uma estrutura com diâmetro de 12 mm e contêm 11 voltas de fio SEW com diâmetro de 1 mm. O transformador T1 é enrolado no mesmo quadro. O enrolamento primário contém 30 voltas de PEV 0,3, o secundário - 15 PEV 1 mm. É aconselhável enrolar o enrolamento primário com um fio duplo sobre o secundário entre suas voltas. É ainda melhor enrolar o transformador com um feixe de 10-12 fios PEV 0,3 ... 0.4 mm, dois dos quais, conectados em série, formam o enrolamento primário (30 voltas), e os demais fios conectados em paralelo formam o enrolamento secundário (15 voltas) . Obviamente, um UMZCH de alta qualidade deve ter uma indicação da sobrecarga do amplificador em termos de corrente e tensão, um dispositivo para estabilizar o "zero" na saída do UMZCH, compensação da resistência do fio e proteção do alto-falante [4 , 8]. Em conclusão, o autor gostaria de agradecer a A. Sitak (RK9UC) por sua ajuda na preparação deste artigo. Literatura
Autor: A.Litavrin, Berezovsky, região de Kemerovo
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