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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 공통 환경 보호 없이 대칭 입력이 있는 UMZCH. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 트랜지스터 전력 증폭기 증폭기는 출력단의 왜곡을 줄이는 보상형 로컬 피드백 루프를 사용한다는 점에서 구별됩니다. 고도로 선형적인 입력 단계를 사용하면 공통 피드백을 도입할 필요가 없으며 넓은 주파수 대역에서 대칭이 증폭기에 대한 외부 간섭의 영향을 실질적으로 제거합니다. 일반 환경 보호 기능이 있는 UMZCH의 장점은 잘 알려져 있으며 전문 문헌[1]과 라디오 잡지 페이지에서 두 번 이상 고려되었습니다. 그러나 높은 기술적 특성에도 불구하고 실제 사운드 재생 품질은 이상적이지 않은 경우가 많으며 일반적인 OOS가 없는(또는 OOS가 최대 20dB인) 비교적 단순한 UMZCH는 깊은 OOS가 있는 UMZCH보다 더 자연스러운 소리를 냅니다. 개발자들은 깊은 OOS가 적용되는 증폭기 단계의 주파수 응답 및 위상 응답의 실패한 선택 및 구현과 관련된 동적 왜곡이 주범이라는 결론에 도달했습니다. 오디오 산업에서는 심지어 별도의 방향이 생겼습니다. 이들은 공통 OOS가 없고 때로는 비선형 왜곡에 대한 보상이 있는 저단계 신호 경로가 있는 증폭기입니다[2]. 이 유형의 UMZCH는 대기 전류가 높은 클래스 A 또는 AB에서 작동하는 특별히 선택된 램프 또는 트랜지스터에서 수행되며 높은 비용이 특징입니다. 이러한 UMZCH의 개발자는 고품질 구성 요소만을 사용하고 입력 단계는 대칭 (균형) 회로에 따라 구축되며 낮은 출력 저항을 달성하기 위해 선택된 매개 변수가 있는 많은 수의 강력한 트랜지스터가 사용됩니다. 선언된 UMZCH 특성의 반복성을 보장합니다. 공통 OOS가 없는 제안된 UMZCH에서는 현재 팔로워 기반의 대칭 입력단이 사용된다[3]. UMZCH 회로는 기능적으로 단순하며 전압 증폭기와 전류 증폭기를 포함합니다. 이러한 구조는 하이엔드 오디오의 원칙 중 하나인 "전기적 길이"의 최소, 즉 신호 경로의 증폭 단계 및 구성요소의 최소에 해당합니다. 앰프는 로컬 피드백을 사용하여 출력 스테이지 왜곡을 줄입니다. UMZCH를 개발할 때 증폭 단수를 줄이고 전압 증폭기의 초기 선형성을 높이는 데 중점을 두었습니다. UMZCH의 특징은 공통 이미 터(OE) 또는 공통 소스(OI)를 사용하는 방식에 따라 만들어진 증폭 단계가 없다는 것입니다. 차동 캐스케이드는 일반적으로 OE 또는 RO가 있는 회로에 따라 연결된 한 쌍의 트랜지스터로 구성되며[1] 눈에 띄는 비선형 왜곡을 유발하는 것으로 알려져 있습니다[4]. 짧은 길이의 증폭 경로와 함께 공통 베이스(OB), 공통 콜렉터(OC) 및 공통 드레인(OS)이 있는 스위칭 회로를 사용하여 공통 OOS가 없는 UMZCH를 생성할 수 있었습니다. 산업용 제품에 비해 열등합니다. 높은 증폭기 매개변수는 순전히 회로 솔루션을 통해 달성되며 하이엔드의 특징인 이국적이고 재료 과학적인 접근 방식과 달리 값비싼 구성 요소를 사용할 필요가 없습니다. UMZCH는 저저항 밸런스 입력(1200옴)을 가지고 있으며 대칭적으로 조정 가능한 출력을 가진 신호 소스와 함께 작동하도록 설계되었습니다. UMZCH의 기능을 완전히 구현하려면 신호 소스에 "개방" 출력(커플링 커패시터 없음)이 있어야 합니다. 대부분의 최신 고품질 신호 소스는 비교적 낮은 저항 부하(최대 수백 옴)에 왜곡 없이 신호를 전송할 수 있습니다. 스튜디오 또는 전문 장비에서 신호 소스의 균형 출력 임피던스는 이미 600옴의 부하용으로 설계되었으며 이는 업계 표준입니다. 따라서 이러한 경우 고품질 UMZCH에서 높은 입력 임피던스를 달성하는 것은 불필요해 보입니다. 무화과에. 1은 입력단이 OB 회로에 따라 연결된 트랜지스터 VT1, VT2를 기반으로 한 대칭 전압 증폭기로 구성된 일반적인 블록 다이어그램을 보여줍니다. 이 단계는 전류 미러(트랜지스터 VT3, VT4), VT5 추적 트랜지스터 및 R6CK 회로에 로드됩니다.OB가 있는 스위칭 회로의 트랜지스터는 더 선형적인 전달 특성과 더 나은 주파수 특성을 갖습니다[5, 6]. (+U1 버스에 대한) 차동 입력 전압 형태의 신호는 동일한 저항의 두 저항 R1, R2에 공급되고 트랜지스터 VT1, VT2의 이미 터의 입력 전류로 변환됩니다. 종단 스테이지 A1은 전압 폴로워입니다.
전계 효과 트랜지스터에 추가 입력 차동 스테이지가 있는 유사한 전압 증폭기 회로가 [7]에서 사용되었습니다. I. Dostal은 그의 모노그래프 [8]에서 이 체계의 개별 요소를 인용했습니다. 이러한 전압 증폭기의 작동 원리는 문헌 [7, 8]에 자세히 설명되어 있습니다. 최종 단계 A1은 바이폴라 또는 전계 효과 트랜지스터에서 만들 수 있습니다. 전압 증폭기의 출력(점 C)은 상당히 낮은 임피던스입니다. 따라서 최종 단계에서 높은 전류 이득을 갖는 1단 또는 1단 구조를 사용할 가능성이 배제되지는 않지만 AXNUMX으로 XNUMX단 상보형 전압 팔로워를 사용할 수 있습니다[XNUMX]. 이러한 UMZCH는 고전적인 구조의 증폭기에 비해 출력 신호에 왜곡이 적고 실제 이득은 10 ... 12dB입니다. 일반적으로 신호 소스의 출력 임피던스가 낮고 비선형 왜곡을 증가시키지 않고 600옴의 부하를 구동할 수 있는 경우 항상 그렇습니다. 이러한 회로에서 신호 소스는 +U1 전원 레일에 연결됩니다. UMZCH는 변압기 T1과 함께 두 개의 바이폴라 전원 공급 장치를 사용합니다. 하나는 전압 증폭 단계(권선 II, 다이오드 브리지 VD4 및 전원 필터 C1, C2의 평활 커패시터)용이고 두 번째는 최종 단계에 전원을 공급하기 위한 것(권선 III, 다이오드 브리지 VD5 및 커패시터 C3, C4). 무화과에. 전원 공급 장치의 공통 와이어 1개 및 직사각형으로 추가 표시. 그림의 증폭기. 도 1은 전체 UMZCH의 초기 선형성을 설정하는 기본적으로 선형 입력 특성을 특징으로 한다. 또한 UMZCH 이득은 저항 R6 / R2 (또는 R6 / R1)의 비율에 의해서만 결정되며 사용되는 트랜지스터의 매개 변수에 의존하지 않습니다. 고정밀도로 설정할 수 있고 폭넓은 범위에서 변화시킬 수 있습니다. 측정 결과 저항 R5, R6이 없으면 캐스케이드 이득이 상당히 높고 400Hz의 주파수에서 500000 이상입니다. UMZCH의 단점은 신호 소스의 매개변수에 대한 일부 제한을 포함합니다. 그것은 대칭적이어야 하며 바람직하게는 개방 DC 출력이어야 합니다. 또한 입력에 전류 팔로워가 있는 회로는 신호 대 잡음비를 저하시킵니다[3]. 이제 그림 2에 표시된 UMZCH 개략도를 고려하십시오. 3. 이 증폭기는 고성능이며 피드백 회로가 없습니다. 입력 증폭기는 한 쌍의 정합 트랜지스터 K4NT5V (VT6.1)가 사용되는 캐스 코드 유형 전류 미러 VT6.2, VT5, VT8, VD13, R159, R1에로드되는 트랜지스터 VT6, VTXNUMX에서 만들어집니다. 정확도를 향상시키기 위해.
전압 증폭기의 주요 부하는 저항 R17입니다. 입력 트랜지스터의 이미 터 회로의 활성 전류원 VT1, VT2 (요소 VD6, VD7, R7, R15 포함)는 큰 신호 모드에서 전압 증폭기의 선형성을 증가시킵니다. 결과적으로 전압 증폭 단계의 고조파 계수는 거의 한 자릿수만큼 감소하고 예를 들어 출력 전압이 0,007V(rms)인 2kHz의 주파수에서 31%에 이릅니다. VT9, VT10, VT12-VT14, VD13, R18, R19, R22 요소의 복합 전압 팔로워는 최종 단계에서 전압 증폭기를 효과적으로 분리합니다. 이 솔루션은 게이트-드레인 트랜지스터 VT9의 비선형 커패시턴스가 전압 증폭기의 매개변수에 미치는 영향을 거의 완전히 제거했습니다. 이 팔로워에서 입력 커패시턴스 VT9는 이 트랜지스터의 단자 사이의 전압이 고정되어 있기 때문에 실제로 변경되지 않습니다. 신호의 양의 반파에서 리피터의 공급 전압을 불완전하게 사용하면 증가가 필요하므로 바이폴라 공급 전압은 전원 공급 장치의 공통 와이어에 대해 비대칭이며 +57V 및 -52V입니다. UMZCH의 최종 단계에는 기능이 없으며 15mA의 대기 전류로 클래스 AB에서 작동하는 강력한 트랜지스터 VT20 - VT300의 푸시풀 팔로워입니다. 220mA의 안정적인 전류 소스(VT7, VT8, R11, R14, VD9-VD12)도 캐스코드 OB-OB 회로에 따라 구축됩니다. 트랜지스터 VT7, VT8, VT10 및 강력한 트랜지스터는 방열판에 있습니다. 최종 단계의 무부하 전류는 최종 단계의 트랜지스터와 열 접촉이 있는 VT11 트랜지스터의 온도 센서를 안정화합니다. 정밀 연산 증폭기 K140UD17(DA1) 및 요소 R1-R4, R17, C1-C4, VD1-VD4를 기반으로 하는 적분기는 온도 및 공급 전압 비대칭과 관계없이 UMZCH 출력에서 최소 DC 전압을 유지합니다. 스테이지를 분리하고 UMZCH의 선형성을 높이고 최종 스테이지의 효율을 높이기 위해 전압 증폭기는 +57V 및 52V의 안정화된 전압으로 전원을 공급하고 최종 스테이지에는 ±44의 불안정한 전압을 공급합니다. V. UMZCH의 차동 이득은 비율 2(R17 / R6)에 의해 결정되며 약 45입니다. 증폭기 출력을 A 지점에 R5C5 회로를 통해 연결하면 최종 단계의 비선형 왜곡이 부분적으로 보상되고 출력 임피던스가 감소합니다. 1 ~ 0,2ohms의 0,035kHz 주파수에서 UMZCH의 (측정은 L1R28 출력 회로 없이 수행됨) UMZCH의 출력 임피던스는 최대 10kHz의 주파수 범위에서 약간씩 달라지며 0,05kHz의 주파수에서 20옴입니다. 측정 결과 UMZCH의 출력 저항은 적용된 환경 보호의 효과를 나타내는 넓은 범위(50 ... 3000 mA 범위)에 걸쳐 터미널 단계의 대기 전류 변화에 의존하지 않는 것으로 나타났습니다. . UMZCH의 고조파 계수(Kg)를 측정하기 위해 자동 비선형 왜곡 측정기 S6-8, 스펙트럼 분석기 S4-74, GZ-118 신호 발생기와 균형 장치를 사용하였다. 병렬로 연결된 20개의 50옴 PEV-7 저항(저항 4옴)은 부하 등가로 사용되며 이러한 저항 39개는 90옴 등가에 사용됩니다. 출력 전압은 VZ-XNUMX 전압계를 사용하여 측정되었습니다. 이러한 장치로 Kg를 측정하는 하한은 거의 -XNUMXdB입니다. 출력 전력이 5W이고 주파수 5kHz에서 부하가 105옴인 왜곡 보정(R7C1 회로가 비활성화됨)이 없는 UMZCH의 총 Kg는 0,099%, 20kHz - 0,096%였습니다. 신호 스펙트럼은 주로 유사한 진폭의 두 번째 및 세 번째 고조파와 더 작은 진폭의 더 높은 고조파(AB 모드에서 최종 단계 작동의 결과)를 포함합니다. 로컬 R5C5 회로가 연결되었을 때 1kHz의 주파수에서 Kg UMZCH는 0,035%로, 20kHz의 주파수에서는 동일한 출력 전력에서 최대 0,043%까지 감소했습니다. 125kHz의 주파수에서 7옴에서 최대 출력 전력이 1W인 경우(제한 임계값의 출력 신호) UMZCH의 왜곡은 여전히 0,1%를 초과하지 않습니다. 단자 트랜지스터는 특별히 선택되지 않으며 예비 선택의 경우 UMZCH의 특성을 향상시킬 수 있습니다. 이 UMZCH 레이아웃에서 보완적인 등가 트랜지스터 쌍의 이미 터 전류 이득의 실제 확산은 약 10 %로 작았습니다. 상단 (병렬로 연결된 1 개의 KT5A 트랜지스터)에 대한 864K \u96d 865A 및 Uke \u87d 4V에서 전류 이득의 일반화 된 값은 170이고 하단 (1 개의 KT0,18A 트랜지스터)-4입니다. 높은 값 컬렉터 전류의 트랜지스터 최종 단계베이스의 전류 전달 계수가 감소합니다. 2옴 부하에서 UMZCH의 최대 출력 전력은 XNUMXW입니다(동시에 주파수 XNUMXkHz, Kg = XNUMX%). 최종 단계에서 더 강력한 수입 장치를 사용하면 트랜지스터 수를 늘리지 않고도 XNUMX ... XNUMX 옴 부하에서 UMZCH의 출력 전력을 높일 수 있습니다. UMZCH의 상호변조 왜곡은 진폭이 제한 레벨 바로 아래인 측정 신호가 70옴 부하에 작용할 때 -0,03dB(7%) 미만입니다. kHz. 최소 20dB의 동적 범위를 갖는 S21-4 스펙트럼 분석기를 사용하여 상호변조 왜곡을 평가했습니다. 74kHz의 차이 주파수 성분이 추정되었습니다. 이 스펙트럼 구성 요소의 진폭은 스펙트럼 분석기의 잡음 수준에 있으며 분석기의 큰 통합 시간(대역폭 - 70Hz, 스윕 - 1s)에서만 구별할 수 있습니다. 이 측정 모드는 가장 유익한 것으로 선택되었으며 실제 사운드 신호가 증폭되면 이러한 극한 상황은 발생하지 않습니다. 아래는 주요 기술적 특성 능동 부하 등가(저항)에서 작업할 때의 UMZCH 레이아웃(그림 2).
UMZCH에서는 국내 및 수입 부품을 사용할 수 있습니다. 트랜지스터 KT9115A(VT3, VT4)는 전류 게인이 동일한 쌍으로 선택하는 것이 가장 좋습니다(동일한 기판에서 만들어진 일치하는 고전압 pn-p 트랜지스터 쌍 사용). KT9115A 대신 KT632B 또는 수입 장치 2SA1184, 2N5415를 사용할 수 있습니다. 159NT1V 대신 npn 구조의 일치하는 트랜지스터 쌍을 사용할 수 있습니다(선택 기준은 가능한 최대 h21E임). UMZCH에서는 KP902A 대신 KP305 시리즈의 저전력 MOS 트랜지스터가 잘 작동합니다. 저항 R5-R8, R13 및 R15-R17 - C2-29, R6 및 R16, R7 및 R15는 허용 오차가 가장 작습니다(작성자 버전에서 이러한 저항의 허용 오차는 0,05%임). 나머지 저항은 MLT 및 C5-16MV입니다. 코일 L1에는 직경 9mm의 절연 전선 1,53회가 포함되어 있으며 직경 2,5mm의 맨드릴에 피치 10mm로 감겨 있습니다. 커패시터 - KM-6, K73-16, K73-17. 신호 소스를 UMZCH 입력에 연결하는 특성으로 인해 앰프 하우징의 "접지" 원리도 변경해야 합니다. UMZCH 안정화 전원의 "+57 V" 버스는 구조의 금속 케이스에 연결해야 합니다. 신호 소스의 공통 와이어는 공통 와이어의 동일한 지점에 연결됩니다. 전원 회로와 전원 필터 캐패시터의 공통 와이어는 증폭기 케이스에서 격리되어야 합니다. 또한 UMZCH의 출력 단자를 분리해야 합니다. UMZCH가 각 채널에 대해 두 개의 개별적이고 완전히 독립적인 전원 공급 장치를 사용하는 경우 "+57V" 전원 버스를 UMZCH 케이스의 한 지점에서 연결해야 합니다. 전원 공급 장치의 중간 지점은 상호 연결될 필요가 없습니다. "이중 모노" 아키텍처의 경우 두 개의 UMZCH 채널이 +57V 전원 버스를 통해서만 서로(및 구조의 경우) 연결되며, 공통 고전류 회로가 없는 경우에 유리하게 영향을 미칩니다. 채널 간 분리. 이 버전의 UMZCH는 출력(DC 출력)에 절연 커패시터가 없는 전문 믹싱 콘솔과 함께 작동하도록 설계되었습니다. 입력 저항을 통한 "전원 공급" 방법을 통해 UMZCH는 항상 신호 소스에서 소량의 직류를 소비합니다(각 입력에 대해 약 2mA). 다른 경우에는 UMZCH의 정상적인 작동을 위해 대칭형 저임피던스 출력과 신호 레벨 조정 기능이 있는 오디오 신호 소스도 필요합니다. 균형 출력이 있는 신호 소스가 없는 경우 불균형 신호 소스를 균형 신호로 변환하는 장치로 보완하여 모든 불균형 신호 소스를 사용할 수 있습니다. 오늘날이 기능을 구현하는 장치에는 밸런싱 변압기를 기반으로 한 가장 간단한 것부터 SSM2142와 같은 특수 미세 회로에 이르기까지 몇 가지 옵션이 있습니다. 동일한 목적을 위해 저자는 때때로 Behringer의 모델 Dl 100인 "Di-Box"(Active Direct Inject Box)로 알려진 장치를 사용했습니다. 이러한 장치는 "라이브 사운드"로 작업하는 음악가에게 인기가 있으며 고품질 발룬 변압기와 전압 팔로워로 구성됩니다. 그들에 의해 도입된 비선형 왜곡은 매우 작습니다(보통 0,005% 미만). 무화과에. 그림 3은 이중 연산 증폭기 DA1(하나의 패키지) 및 정밀 저항기 R1-R8에서 교차 대칭 OS로 만든 "시메트레이터" 회로를 보여줍니다.
출력 신호의 대칭 정도는 한 쌍의 저항기의 개별 확산에 따라 달라지며 실제로 추가 조정이 필요합니다(이러한 저항기의 저항은 단위 또는 수십 킬로옴일 수 있음). 대칭을 조정할 가능성이 있는 더 복잡한 회로가 그림 4에 나와 있습니다. 1(저항 R14-R0,05의 허용 오차는 XNUMX%임). UMZCH 매개변수의 모든 측정은 이 장치를 사용하여 수행되었습니다.
제안된 밸런싱 장치는 신호 소스의 출력 단계의 버퍼 요소로 사용할 수 있지만 최상의 솔루션은 특수 SSM2142 마이크로 회로를 사용하는 것입니다. 앰프 및 저항기(4kOhm)이며 30Ohm의 부하에서 작동하도록 특별히 설계되었습니다. SSM600에서 노드의 비선형 왜곡은 2142.. .0,006Hz의 주파수 범위에서 10옴의 부하에서 600V의 출력 신호로 20% 미만입니다. 적절하게 조립된 앰프는 거의 조정할 필요가 없습니다. 튜닝 저항 R20의 엔진을 켜기 전에 다이어그램에 따라 위쪽 위치에 있어야 합니다. 첫 번째 전원을 켜고 부하 없이 후속 조정하기 전에 저항이 10 ... 20 옴인 두 개의 강력한 보호 저항을 최종 단계의 전원 공급 회로에 연결해야 합니다. 이러한 저항은 예를 들어 배선 오류의 경우 최종 단계 트랜지스터를 보호합니다. 자기 여기가 발생하면 중화 및 보정 커패시터(C5, C6)의 커패시턴스를 증가시켜야 합니다. 다음으로 UMZCH 출력에서 정전압을 확인합니다. 1~2mV를 넘지 않아야 합니다. 그런 다음 보호 저항 중 하나의 전압 강하에 따라 저항 R20을 조정하여 최종 단계의 대기 전류가 설정됩니다. 1 - 2시간 동안 증폭기를 예열한 후 값은 300 ... 350 mA여야 합니다. 이때 UMZCH의 조정을 완료하고 보호저항을 최종단의 전원회로에서 제외시켜야 한다. 밸런싱 장치에서 연산 증폭기는 600옴의 부하에서 잘 작동해야 합니다. 여기에서 OPA604(OPA2604), OPA134(0PA2134, 0PA4134), LT1468, LT1469, LM6171, LM6172를 사용할 수 있습니다. LM837, AD841도 적합합니다. 문학
저자: A. Orlov, 이르쿠츠크
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