Главная Контакт Ссылки
Устойчивость усилителя и естественность звучания Версия для печати
Написал А.Витушкин, В.Телеснин   
понедельник, 22 Сентябрь 2003

Иногда бывает так, что хороший, с точки зрения привычных параметров, усилитель (с широким диапазоном воспроизводимых частот, малым коэффициентом гармоник и т. д.) звучит неестественно: звук кажется «жестким>, «сухим», «металлическим». Одной из причин этого может быть самовозбуждение на высоких частотах (мы имеем в виду паразитные колебания с малой — иногда доли милливольта — амплитудой и любой — вплоть до многих мегагерц — частотой), возникающее в каких-либо режимах работы усилителя. Возникает оно чаше всего в выходных каскадах в моменты открывания или закрывания одного из транзисторов. Причина этого явления — плохо скорректированная отрицательная обратная связь (ООС). Мы хотим обратить внимание читателей на связь «жесткости» звучания с такого рода самовозбуждением уси-лителен мощности и предложить схему усилителя, продуманную с этой точки зрения. На примере усилителя мы расскажем также о некоторых способах повышения стабильности подобных устройств.

Механизм взаимосвязи паразитного самовозбуждения с качеством звучания выглядит следующим образом: паразитные колебания детектируются на нелинейных элементах усилителя, и их огибающая в той или иной форме проникает в нагрузку. Кроме того, продетектированный сигнал изменяет режим работы транзисторов, что в конечном счете также приводит к искажению воспроизводимого сигнала. Возникающие при самовозбуждении искажения могут быть малыми, поэтому их трудно обнаружить при наблюдении выходного сигнала на экране осциллографа. Однако, если из выходного сигнала вычесть входной, скорректированный по амплитуде и фазе таким образом, чтобы разность оказалась по возможности малой, и подать разностный сигнал на осциллограф, то искажения, вызванные паразитными колебаниями, будут хорошо видны. Осциллограммы разностного сигнала с искажениями могут иметь вид, показанный на рис. 1 (частота сигнала — 400 Гц, частота паразитных колебаний — несколько мегагерц). На первой осциллограмме (рис. 1,а) самовозбуждение проявляется в виде размытого пятна, на второй (рис. 1,б) — виден лишь вызванный им выброс, так как составляющие с частотой самовозбуждения отфильтрованы. Из рис. 1,б видно также, что искаженный сигнал содержит высокочастотные гармоники, а они, как известно, в большей степени, чем низкочастотные, снижают естественность звучания. Именно поэтому вносимые паразитными колебаниями искажения заметны на слух даже в тех случаях, когда их вклад в общий коэффициент гармоник мал. Этим можно объяснить тот факт, что иногда после устранения самовозбуждения уменьшением глубины ООС звучание, по субъект тивным оценкам, становится более естественным, несмотря на увеличение коэффициента гармоник.

Рис. 1, а Рис. 1, б
Рис. 1, а Рис. 1, б

Часто бывает так, что самовозбуждение возникает лишь в некоторых режимах работы усилителя, и поиск их требует различных методов проверки. Рассмотрим еще один способ выявления самовозбуждения (им, кстати, часто пользуются для измерения выходного сопротивления усилителей). На выход проверяемого усилителя через резистор сопротивлением 5...10 Ом подают синусоидальный ток большой амплитуды (допустимой по тепловому режиму усилителя). Вход усилителя во избежание наводок лучше всего замкнуть накоротко. Поскольку напряжение на выходе усилителя равно произведению выходного сопротивления на подаваемый ток, то при достаточно малом выходном сопротивлении сигнал на выходе усилителя оказывается значительно меньше, чем в обычном режиме, и на его фоне хорошо видны следы самовозбуждения. Этот сигнал выглядит почти так же, как и сигнал ошибки, полученный методом компенсации (см. рис. 1).

Рассмотрим теперь на примере конкретного усилителя (рис. 2), какими средствами можно предотвратить самовозбуждение. Как уже указывалось, оно чаше всего возникает в выходном каскаде. Происходит это потому, что выходной каскад, будучи самой нелинейной частью усилителя, охватывается обычно глубокими ООС. В данном случае, например, суммарная глубина ООС, охватывающих выходной каскад, на звуковых частотах составляет 65...70 дБ. При столь большой глубине ООС наиболее существенным обстоятельством, определяющим стабильность усилителя, является правильное распределение их глубины по каскадам и согласование АЧХ каскадов. Местные ООС расширяют полосу пропускания отдельных каскадов усилителя, а это позволяет ввести ООС, охватывающую весь усилитель и имеющую необходимую глубину в нужном (более узком) диапазоне частот.

Рис. 2
Крупнее

Выходной каскад охвачен местной параллельной ООС, осуществляемой через транзистор V13. Ее глубина определяется делителем напряжения R25R26. Цепи L4R48 и C12R49 выравнивают нагрузку выходного каскада на высоких частотах и позволяют сделать местную ООС достаточно глубокой. Этому способствует также большой ток покоя транзисторов выходного каскада (40...50 мА для транзисторов V15, V16 и 220...250 мА для транзисторов V17, V18). Ток покоя транзисторов V17. V18 выбран столь большим еще и с целью снижения нелинейных искажений на малых сигналах.

Введение местной ООС расширило полосу пропускания выходного каскада до 1...2 МГц. При увеличении глубины этой ООС на 10...15 дБ выходной каскад становится склонным к самовозбуждению. Выражается это в том, что на его АЧХ в диапазоне 5...20 МГц появляются локальные максимумы. Поэтому остальная часть усилителя построена с таким расчетом, чтобы глубина всех других ООС, охватывающих выходной каскад, на этих частотах была малой.

На вход второго каскада (транзисторы V7, V8) с выхода усилителя через резистор R23 подано напряжение ООС, глубина которой составляет около 15 дБ. Цепь C8R27C9 ослабляет эту ООС на высоких частотах. В области критических для выходного каскада частот (5... 20 МГц) она практически не работает, и охваченные ею каскады не могут самовозбуждаться. Цепь C8R27C9 сужает общую полосу пропускания второго и выходного каскадов до 300...350 кГц. Критический интервал частот для второго и выходного каскадов — V1...7 МГц. а это значит, что при большей глубине ООС через резистор R23 они могут самовозбудиться на этих частотах. Исходя из этого, полоса пропускания первого каскада (транзисторы V1, V2, V5) и глубина ООС по обшей петле (через делитель напряжения R13R14) выбраны с таким расчетом, чтобы общая ООС на частотах выше 1 МГц не работала. Полоса пропускания первого каскада выбрана равной 30 кГц, а глубина ООС в диапазоне звуковых частот — около 30 дБ. Сужение полосы пропускания первого каскада достигнуто включением в эмиттерную цепь транзисторов V1, V2 катушки L1 и отделением базы транзистора V2 от выхода усилителя резисторами R12, R15. Резисторы в цепи базы V2 увеличивают спад АЧХ первого каскада. Выбранный способ сужения полосы пропускания удобен тем, что входной каскад, а следовательно, и весь усилитель оказываются защищенными от перегрузок, при быстром изменении входного сигнала.

Малые нелинейные искажения и стабильность усилителя получены в основном благодаря введению несколько необычной ООС. охватывающей выходной каскад. Обычно местную ООС в выходном каскаде осуществляют с помощью эмиттерного повторителя, включенного между предоконечным и оконечным каскадами. Лучшие результаты по линейности и стабильности дала параллельная ООС, однако она потребовала увеличения тока покоя транзистора V8. В описываемом усилителе ток покоя транзисторов V8, V13 выбран равным 25 мА, поэтому они так же, как и транзисторы выходного каскада, установлены на теплоотводе.

Цепь C7R15 осуществляет фазовую коррекцию в области высших частот звукового диапазона. Терморезистор R20 (КМТ - 17) введен для термокомпенсации дрейфа нуля выходного напряжения. Постоянную составляющую выходного напряжения устраняют подстроечным резистором R17, требуемый ток покоя транзисторов V17, V18 устанавливают подбором резистора R35. Соответствующим выбором сопротивления резистора R13 можно получить любой коэффициент усиления напряжения Кu в пределах от 2 до 300. При Кu< 1,5 усилитель может самовозбудиться.

В заключение приводим основные технические характеристики усилителя:

выходная мощность на нагрузке 8 Ом 35 Вт;
коэффициент усиления напряжения 8;
относительный уровень шума и фона при замкнутом накоротко входе 104 дБ;
Коэффициент гармоник в диапазоне 20 Гц... 20 кГц - не более (при выходном напряжении до 2 В) 0,002%;
Коэффициент гармоник в диапазоне 20 Гц... 20 кГц - не более (при выходном напряжении 3 В) 0,005%;
Коэффициент гармоник в диапазоне 20 Гц... 20 кГц - не более (при выходном напряжении 4 В) 0,007%;
Коэффициент гармоник в диапазоне 20 Гц... 20 кГц - не более (при выходном напряжении 8 В) 0,02%;
Коэффициент гармоник в диапазоне 20 Гц... 20 кГц - не более (при выходном напряжении 17 В) 0,05%;
выходное сопротивление в точке а 0,002... 0,003 Ом;
полоса воспроизводимых частот при замкнутой накоротко катушке L4 5... 500 000 Гц.

Устойчивость усилителя характеризуется тем, что при увеличении на 10 дБ глубины любой из ООС идущих с выхода, он не самовозбуждается.

Радио № 7. 1980 г.

< Пред.   След. >
up Главная | Новости | Усилители мощности | Предусилители | Акустика | Источники сигнала | FAQ | Форум | Карта сайта up
 

Mambo is Free Software released under the GNU/GPL License.