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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Melhorando os parâmetros do amplificador no chip K174UN7. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Amplificadores de potência a transistor A gama cada vez maior de microcircuitos especializados, ao que parece, deveria limitar a criatividade dos rádios amadores. Na verdade, esses microcircuitos são geralmente orientados por seus desenvolvedores para resolver uma tarefa específica em equipamentos eletrônicos ou, na melhor das hipóteses, uma gama restrita de tarefas. É por isso que os radioamadores e designers de rádio parecem ficar apenas com “jogos de dados” criativos - combinando componentes em microcircuitos montados de acordo com circuitos de comutação padrão. No entanto, o espírito da coluna “Um Radioamador Conduz uma Experiência”, que antes aparecia com mais ou menos regularidade nas páginas da nossa revista, não morre no coração dos nossos leitores. Prova disso é o artigo aqui publicado por V. Gromov e A. Radomsky, ao qual, parece-nos, deve ser dada atenção não só aos rádios amadores, mas também aos profissionais - tanto desenvolvedores de equipamentos quanto criadores de microcircuitos. Estamos aguardando suas respostas a essa publicação - afinal, o microcircuito K174UN7 é amplamente utilizado em equipamentos de rádio domésticos. Pois bem, dirigimo-nos a todos os leitores com uma proposta - realizar experimentos tanto para melhorar circuitos padrão para conexão de CIs especializados, quanto para utilizá-los em circuitos não padronizados (implementação de novas funções, etc.). Porém, se obtiver um efeito positivo interessante, não se apresse em escrever para o editor: verifique sua reprodutibilidade em várias cópias de microcircuitos. Atualmente, os amplificadores de potência de audiofrequência (AFPA) de equipamentos de rádio de pequeno porte são frequentemente construídos com base em um circuito integrado especializado (IC) K174UN7 [1]. Porém, sua aplicação, sem dúvida, seria ainda mais ampla se não fossem as grandes distorções não lineares (em uma conexão típica - até 10% com potência de saída de 4,5 W na frequência de 1 kHz e tensão de alimentação de 15 V) e impedância de entrada insuficiente em alguns casos (50 kOhm). Não surpreende, portanto, que os rádios amadores estejam buscando formas de reduzir distorções não lineares, propondo, por exemplo, a substituição do circuito de reforço de tensão por um estabilizador de corrente em um transistor de efeito de campo [2]. Infelizmente, uma verificação das recomendações propostas em [2] mostrou que a sua implementação leva não tanto a uma redução na distorção, mas a uma redução na potência máxima entregue à carga. Ao testar várias cópias do IC K 174UN7, descobriu-se que as distorções mais características de sua tensão de saída aparecem no “arredondamento” ou limitação óbvia do meio ciclo negativo do sinal. A este respeito, a eficácia de uma medida como, usada em alguns dispositivos industriais, ajustar o modo IC para corrente contínua aplicando tensão de um divisor ajustável ao seu pino 7 (através de um resistor com resistência de 3...6,8 kOhm ) foi testado. O teste mostrou que esta medida praticamente não reduz o fator de distorção harmônica e não aumenta a tensão de saída não distorcida, mas apenas permite atingir sua limitação simétrica. Uma variante do UMZCH, montada conforme o diagrama da Fig. 1 possui características significativamente melhores do que o típico no IC especificado. Uma de suas diferenças em relação ao padrão é o OOS adicional através do resistor R6.
Conectar este último diretamente ao cabeçote do alto-falante reduz a irregularidade da resposta de frequência e as distorções não lineares causadas pela presença do capacitor C9. Com a resistência do resistor R6 indicada no diagrama, tensão de alimentação de 15 V e potência de saída de 4 W (com carga de 4 Ohms), a tensão nominal de entrada do dispositivo é de 120 mV. Além disso, para reduzir o número de valores, a capacitância do capacitor de óxido C3 no circuito OOS foi reduzida para 100 μF (a irregularidade da resposta de frequência na faixa de frequência 40...20 Hz não excede 000 dB). A principal diferença entre este UMZCH é a resistência do resistor R2 (em uma conexão IC típica é igual a 47 kOhm). Durante os experimentos, percebeu-se que este resistor tem um efeito muito significativo na distorção e ao selecioná-lo é possível aumentar significativamente a tensão de saída do UMZCH. (Dos dez CIs testados, apenas dois não necessitaram de seleção do resistor R2, ou seja, alteração de sua resistência em relação ao padrão; a resistência dos resistores para os demais CIs variou de 0,1...1 MOhm). Na Fig. A Figura 2 mostra a dependência da potência máxima de saída Pmax e do coeficiente harmônico Kg na tensão de alimentação Upit (as distorções foram medidas em Pmax correspondente a uma determinada tensão Upit). Os parâmetros foram avaliados na frequência de 1 kHz com dois valores do resistor R2: padrão (47 kOhm) e otimizado para potência máxima (750 kOhm). A potência Pmax foi determinada pela tensão máxima de saída, em cujo oscilograma as distorções ainda não eram perceptíveis a olho nu (o que realmente eram essas distorções é mostrado pelas curvas Kg).
Como pode ser visto a partir da fig. 2, com Upit = 15 V, ao selecionar o resistor R2, foi possível aumentar Pmax em 1,5 W e ao mesmo tempo reduzir o coeficiente harmônico em quase 3,5 vezes, e com Upit = 18 V - em cerca de 3 W com diminuição de K. quase triplicou. (Obviamente, com as mesmas distorções, o ganho de potência Pmax seria ainda maior). O resultado obtido fala por si, se levarmos em conta que o IC testado foi bastante padronizado: com Upit = 15 V, R2 = 47 kOhm e potência de saída Pout = 4,5 W, seu coeficiente harmônico não ultrapassou 7,2% (após selecionar o resistor R2 caiu para 1,1%). As dependências de Pmax (Upit) e Kg (Upit) do UMZCH com a resistência otimizada do resistor R2 (750 kOhm) também foram tomadas nas frequências de 60 Hz e 5 kHz (Fig. 3). A diminuição do Pmax em frequências mais baixas se deve à influência da capacitância do capacitor C9 (1000 μF). Com uma resistência de carga de Rн = 4 Ohms, é aconselhável aumentar sua capacidade para pelo menos 2000 μF.
As curvas mostradas na Fig. 4 ilustram a dependência da eficiência e da corrente quiescente Io na tensão de alimentação Upat para as mesmas duas resistências do resistor R2. É fácil ver que em R2=750 kOhm a eficiência também aumenta, e um ganho notável é obtido em Upit>10 V.
Para identificar a real dependência do coeficiente harmônico Kg no nível de potência de saída Pout, uma cópia de um IC com parâmetros médios foi testada em Upit = 15 V, Rn = 4 Ohm, C9 = 4000 μF e R2 = R2opt = 510 kohm ( Figura 5). Como você pode ver, em Pout = 4 W o coeficiente harmônico do UMZCH montado nesta instância do IC de acordo com o circuito da Fig. 1, na faixa de frequência de 60...10 Hz não excede 000%.
A impedância de entrada do próprio IC K174UN7 foi calculada com base nos resultados da medição da impedância de entrada do UMZCH (com o controle de volume desligado), realizada em uma amostra para a qual R2opt = 750 kOhm. Descobriu-se que na faixa de frequência de 50...15 Hz a impedância de entrada do IC excede 000 MOhm. Em outras palavras, a resistência de entrada do UMZCH é quase igual à resistência do resistor R30 e, se necessário, pode ser significativamente superior a 2 kOhm. Ao projetar um UMZCH estéreo, pode acontecer que as resistências ideais dos resistores R2 nos canais esquerdo e direito sejam diferentes. Para obter respostas de frequência idênticas, a resistência de saída do estágio anterior neste caso deve ser menor que a resistência do resistor R2, e a capacitância do capacitor de separação C2 deve ser tal que no canal com menor resistência do resistor haja nenhuma queda perceptível na resposta de frequência em frequências mais baixas (na maioria dos casos é suficiente tomar C2 == 0,47...1 µF). O UMZCH funciona bem quando alimentado por fonte não estabilizada, porém, se o principal é obter potência máxima de saída e, consequentemente, distorção mínima em média, é necessário utilizar um estabilizador com tensão de saída de 17...18 V. Deve-se levar em consideração que ao trabalhar com potência de saída aumentada (até 5...6 W), é necessário garantir uma boa remoção de calor do CI, tomando as medidas necessárias nesses casos para reduzir a resistência térmica entre seus placas e o dissipador de calor. É muito valioso que como o potencial das placas IC (em relação ao fio comum) seja próximo de 0, um chassi metálico ou outras partes metálicas da estrutura conectadas ao fio comum (negativo) possam ser usados como dissipador de calor comum sem almofadas isolantes e fornecem dissipação de calor eficaz. Literatura
Autores: V. Gromov, A. Radomskin, Lvov; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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Comentários sobre o artigo: Petrov Alexander Afanasyevich O artigo é definitivamente útil. No entanto, as reservas do IC para otimizar a correção a fim de aumentar o desempenho do circuito de feedback (reduzindo o tempo de atraso de propagação do sinal) não foram totalmente utilizadas. Esse trabalho foi feito para o gravador Belarus 310C e deu um bom resultado. Com um layout de PCB bem-sucedido, a largura de banda de potência total pode ser expandida de 45 kHz em uma ordem de magnitude.
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