Vysoko kvalitný nárazníkový stupeň s použitím tranzistorov. Mikroprocesory a mikrokontroléry

Ahoj! Pokračujeme v téme nastolenej v mojom článku.
Na datagorovom fóre Vladimír ( ročník 2008) nastolil tému retroštruktúrneho zosilňovača a navrhol vlastnú verziu vyrovnávacieho stupňa pre koncový zosilňovač.

Navrhujem aj variant nárazníkového stupňa s pseudo-push-pull sledovačom.

Možné možnosti implementácie vyrovnávacích kaskád

sú znázornené na obr. 1a-d.

Ryža. 1. Možnosti vyrovnávacieho stupňa pre výkonový zosilňovač:
a) sledovač emitora, b) sledovač emitora s dynamickou záťažou,
c) pseudo-push-pull emitorový sledovač na tranzistoroch rovnakej štruktúry,
d) pseudo-push-pull emitorový sledovač na komplementárnych tranzistoroch

Emitorový sledovač s odporom v emitorovom obvode (obr. 1a) má nevýhodu v tom, že pri zvyšovaní amplitúdy vstupného signálu môže dôjsť k obmedzeniu jednej polvlny signálu skôr ako druhej.

Počas kladnej polvlny vstupného signálu sa prúd emitora VT1 rozdelí medzi odpory v emitore Re a v záťaži Rн. Počas zápornej polvlny prúd cez Rн tečie opačným smerom.

Aby sa predišlo obmedzeniu, prúd emitora tranzistora VT1 musí byť vždy väčší ako nula.

Je ľahké ukázať, že maximálna špičková amplitúda výstupného signálu súvisí s napätím emitora Ue a záťažovými odpormi Rn a emitorom Re takto:
Uoutmax=UеRн/(Re+Rн).

Pre obvod znázornený na obr. 1a dostaneme:
Uoutmax=7,5·0,62/(0,62+1,1)=2,7 V.

Použitie aktívnej záťaže v obvode emitora umožňuje odstrániť nevýhodu sledovača emitora s odporovou záťažou a ďalej znížiť skreslenie (obr. 1 b). Časť nevýhody jednoduchého emitorového sledovača tu zostáva: s kladnou polvlnou vstupného signálu sa prúd privádza nielen do záťaže, ale aj do zdroja prúdu.

Pseudo-push-pull repeatery dokážu výrazne znížiť všetky typy skreslenia, ako aj výstupnú impedanciu. Tu sa ako záťaž emitora používa riadený generátor prúdu, ktorý tvorí protidynamickú záťaž pre druhé rameno, obr. 1. storočie

Na obr. 1c obvod - prenos patentu na elektrónkový opakovač zo štyridsiatych rokov minulého storočia na tranzistorové obvody.

Keďže tranzistorové obvody na rozdiel od lámp využívajú tranzistory dvoch typov vodivosti, možno tento obvod upraviť, čím vznikne doplnkový pseudo-push-pull sledovač, obr. 1 rok Túto schému úspešne použil Vladimír (. ročník 2008).

Nízka výstupná impedancia obvodov znázornených na obr. 1c a obr. 1 g, ako aj menšie skreslenie v porovnaní s obvodmi znázornenými na obr. 1a a obr. 1b, majú pozitívny vplyv na reprodukciu zvuku.

Ryža. 2. Schematický diagram vyrovnávacieho stupňa
s pseudo push-pull opakovačom

Kolektorový prúd tranzistora VT1 (VT5) je nastavený odporom R5 (R11) a je I0=Ube/R5=0,2 mA, kde Ube=0,66 V je napätie báza-emitor tranzistora VT3 (VT4).

Prúdové zdroje sú vyrobené na tranzistoroch VT2 (VT6), základné obvody tranzistorov sú napájané spoločným parametrickým stabilizátorom napätia HL1, R8, C3 cez odpory R7 a R9, resp. Prúd zdroja prúdu je 10 mA.

Protifázový signál z rezistora R4 (R10) cez oddeľovací kondenzátor C2 (C4) je privádzaný na bázu tranzistora zdroja prúdu VT2 (VT6), ktorý zabezpečuje aktívny režim činnosti zosilňovača na oboch polvlnách vstupného signálu. .

--
Ďakujem za tvoju pozornosť!
Igor Kotov, šéfredaktor časopisu Datagor

Zoznam uvedených zdrojov

1. Mosyagin V., // Časopis praktickej elektroniky „Datagor“, 2016.
2. Mosyagin V.,

VYROVNÁVACÍ ZOSILŇOVAČ, INTEGRÁTOR, POROVNÁVAČ, LETNÝ, OBMEDZOVAČ... Tieto slová sú už neodmysliteľne spojené s audio zariadením a hoci na prvý pohľad medzi nimi nie je nič spoločné, v skutočnosti majú spoločný „pracovný nástroj“ – operačný zosilňovač (op-amp).

Aby sme pochopili, akú úlohu hrá operačný zosilňovač, stojí za to pochopiť, čo to vlastne je.
V podstate ide o súbor tranzistorov zapojených určitým spôsobom a predstavujúci päťsvorkovú sieť, ktorá plní funkcie zosilňovača konštantného napätia. Obrázok 1 ukazuje niekoľko najpopulárnejších označení operačných zosilňovačov:

Obrázok 1

Podľa očakávania sú vľavo vstupy zosilňovača, sú dva - jeden je invertujúci, t.j. výstupné napätie bude mať opačnú fázu ako na tomto vstupe, druhé nie je invertujúce, t.j. výstupný signál bude vo fáze so vstupom. Vpravo je výstup zosilňovača, hore a dole sú vývody pre napájanie operačného zosilňovača napájacím napätím, zvyčajne hore „+Uip“, dole „-Uip“.

Okrem toho zosilňovač je diferenciálny, t.j. zosilňuje sa len rozdiel napätia na invertujúcom a neinvertujúcom vstupe. V zásade sa to dá vysvetliť aj logicky, bez analýzy schémy zapojenia. Ak je napätie na neinvertujúcom vstupe 5 V a na invertujúcom vstupe 3 V, potom, keďže je fáza invertujúceho vstupu obrátená, bude spravodlivé odpočítať 3 volty od 5 voltov. Vstupné napätie teda bude 2 V a práve toto napätie bude zosilňované operačným zosilňovačom.
Spočiatku boli operačné zosilňovače navrhnuté na vykonávanie matematických operácií v analógových počítačoch a samozrejme vyzerali trochu inak:

Obrázok 2. Jeden z prvých operačných zosilňovačov

S rozvojom mikroelektroniky však operačné zosilňovače radikálne zmenili svoj vzhľad a rozmery na takú veľkosť, že balík DIP-8 vyzerá giganticky:

Obrázok 3. Vzhľad moderných povrchových operačných zosilňovačov v porovnaní s DIP-8

Zostáva zistiť, čo je vo vnútri tohto zariadenia, pretože ako je označené a ako vyzerá, je už trochu jasné. Schematický diagram operačného zosilňovača K140UD1 je na obrázku 4.

Obrázok 4

Pre väčšiu prehľadnosť simulujme tento obvod v simulátore, hoci hodnoty odporu museli byť vybrané experimentálne, podarilo sa nám však uviesť obvod do prevádzky:

Obrázok 5. Schematický diagram modelu K140UD1

Keďže ide spočiatku o zosilňovač s konštantným napätím, experimenty by sa mali začať s konštantným napätím. Za týmto účelom pridajte do obvodu dva zdroje konštantného napätia a zakryte zosilňovač NEGATÍVNA SPÄTNÁ VÄZBA (NFB).

Obrázok 6. Kontrola prevádzkyschopnosti operačného zosilňovača na zosilnenie napätia.

Teraz nastavíme napätie na zdroji V4 na 0,5 V a začneme VÝPOČET DC simulátor. Výsledkom je nasledujúci obrázok:

Obrázok 7. Mapa napätia.

Teraz trochu podrobnejšie. Takmer všetky učebnice hovoria, že koeficient zosilnenia operačného zosilňovača je v „priamom“ spojení, t.j. keď je signál privedený na neinvertujúci vstup, je úmerný pomeru rezistorov OOS plus jedna. V našom prípade to bude R17 / R18 + 1 = 1,02 + 1 = 2,02. Odkiaľ pochádza 0,02? Faktom je, že K140UD1 má pomerne nízku vstupnú impedanciu a na získanie požadovanej presnosti bolo potrebné znížiť R18 na 9,76 kOhm.

Potom to nie je jasné - na vstupe je 0,5 V a na výstupe takmer 0,5 V, kde je zisk? Tu by sme mali urobiť korekciu, že 0,5 V je na vstupe sčítačky, ale nie na vstupe op-amp, čo je báza tranzistora Q1, ale na báze 0,24 V. A ak áno, tak sa točí von presne 0,24 x 2,02 = 0,4848 V. Podľa údajov na simulátore 0,496 V, čo je opäť nepresnosť nášho modelu, ale samotná pôvodná K140UD1 mala dobrý rozptyl parametrov.

Ale ak je vstupné napätie 0,5 V, prečo je základ Q1 polovičný? Napätie na V5 je nulové, preto R16 a R15 tvoria napäťový delič a keďže hodnoty sú rovnaké, napätie bude delené dvoma, samozrejme prispeje základný prúd Q1. Takže dostaneme 0,24 V na vstupe operačného zosilňovača.

Toto sú však len dôsledky fungovania kaskád tohto okruhu, dotknime sa niekoľkých dôvodov:
Akonáhle sa na báze Q1 objaví iné ako nulové napätie, v našom prípade je to 0,24 V, Q1 sa začne otvárať, čo následne vedie k poklesu napätia na jeho kolektore. Znížením napätia na kolektore Q1 sa zníži prúd pretekajúci základňou Q6 a ten sa začne zatvárať, v dôsledku čoho sa zvýši napätie na jeho kolektore, čo cez emitorový sledovač na Q7 zvýši napätie na emitorovom sledovači. na Q9 a napätie na výstupe operačného zosilňovača (bod OUT) sa začne zvyšovať.

Zvýšenie napätia na výstupe operačného zosilňovača zvyšuje napätie v bode spojenia R17 a R18 a tento bod je pripojený k základni Q2, čo je invertujúci vstup nášho operačného zosilňovača (obrázok 6). Q2 sa začne mierne otvárať a napätie na jeho emitore sa zvýši. To má za následok uzavretie tranzistora Q1 a ďalej v obvode ovplyvňuje nasledujúce stupne. Tranzistor Q1 sa zatvára len natoľko, aby sa na báze Q2 vytvorilo napätie čo najbližšie k napätiu na báze samotného Q1 a veľkosť tohto napätia priamo závisí od hodnôt rezistorov R17 a R18. Čím menšie R18, tým väčšie napätie musí byť generované na výstupe operačného zosilňovača, aby sa obnovila rovnováha základných prúdov kaskády na Q1 a Q2. Ak nezmeníte odpor R18, ale zvýšite R17, budete musieť zvýšiť aj výstupné napätie operačného zosilňovača, pretože na Q17 opäť klesne pomerne veľké napätie.
Teraz zostáva len zvýšiť napätie na zdroji V5 a uistiť sa, že hodnoty napätia sa skutočne sčítavajú.

Obrázok 8. Matematické sčítanie dvoch výrazov V4 a V5.

Ako je možné vidieť z obrázku, s dvoma členmi V4 a V5 po 0,5 V, výstup sčítačky produkuje súčet rovnajúci sa JEDNOMU VOLTU, t.j. matematická operácia bola vykonaná správne.
Pre väčšiu prehľadnosť sa vzdialime od starožitného K140UD1 a simulujme sčítačku pre tri výrazy na základe široko používaného operačného zosilňovača TL071. Výsledkom je nasledujúca "kalkulačka":

Obrázok 9. Matematické sčítanie troch pojmov.

Tu by ste mali venovať pozornosť hodnotám rezistorov OOS. Rozdiel v nominálnych hodnotách je takmer dvojnásobný, t.j. Koeficient zosilnenia operačného zosilňovača bude R5 / R4 + 1 = 3. PREČO? V predchádzajúcom diagrame bol koeficient zisku 2, ale tu je 3? V predchádzajúcom obvode boli DVA členy, teda boli tam dva vstupné deličy (R15 a R16, obrázok 6), preto bolo pôvodné vstupné napätie delené dvomi a pre obnovenie hodnôt bolo potrebné ho zdvojnásobiť. V obvode na obrázku 9 sú členy SUT, preto vstupný delič delí hodnotu tromi a na obnovenie je potrebné strojnásobenie. Pre väčšiu spoľahlivosť sa pozrime na sčítačku so štyrmi členmi a nezávisle vypočítajme výsledný zisk:

Obrázok 10. Sčítačka štyroch pojmov.

Čo presne má TÁTO matematika spoločné so zvukovým inžinierstvom?
Najpriamejšie. V audiotechnike je napätie, samozrejme, premenlivé, ale v akomkoľvek VEĽMI krátkom časovom období ho možno považovať za konštantné napätie, preto je matematické spracovanie signálu pomocou operačného zosilňovača celkom prijateľné:

Obrázok 11. Znázornenie striedavého napätia ako jednosmerného napätia.

Na základe skutočnosti, že striedavé napätie v určitom časovom bode možno považovať za konštantné, zavádza sa ďalší koncept - OKAMŽITÁ HODNOTA NAPÄTIA, rovnakým spôsobom môžete apelovať na okamžité hodnoty prúdov a výkonov. Ako to bude vyzerať v skutočnosti je znázornené na obrázku 12:

Obrázok 12. Sčítačka štyroch analógových výrazov.

Existujú 4 zdroje sínusového signálu V1-V4, ktorých napätia sú sčítané odpormi R1-R4 a vyrovnávané na amplitúdu operačného zosilňovača X1. Výstupný signál sčítačky v závislosti od vstupu je znázornený na obrázku 13:

Obrázok 13. Závislosť výstupného signálu od vstupu.

A aké je praktické využitie tejto sčítačky? Ak je táto sčítačka mierne upravená, potom je konečným výsledkom najjednoduchší štvorvstupový MIXER a počet vstupov môže byť veľmi odlišný - od dvoch do dvadsiatich:

Obrázok 14. Schéma štvorvstupového mixéra.

V tomto obvode fungujú kondenzátory C1-C4 ako izolačné kondenzátory a zabraňujú vstupu jednosmerného napätia zo zdroja na vstup operačného zosilňovača, čo sa niekedy stáva. Operačný zosilňovač v tomto obvode je TL071, ale možno použiť takmer ktorýkoľvek z moderných operačných zosilňovačov - ich parametre sú úplne postačujúce pre zariadenia strednej ceny. Variabilné odpory X1-X4 regulujú úroveň každého zo vstupných signálov, čo umožňuje rýchlu zmenu hlasitosti ktoréhokoľvek zo vstupných zdrojov.

Zdrojom energie sú dva 15 V zdroje zapojené do série. Pripojovací bod je pripojený k spoločnému drôtu a relatívne k nemuzískajú sa dve napätia vzhľadom na spoločný vodič - PLUS Pätnásť a MÍNUS Pätnásť voltov. Takýto duálny zdroj sa nazýva bipolárny zdroj napätia a zvyčajne sú veľkosti kladných a záporných vodičov rovnaké.

Operačný zosilňovač však môže byť napájaný z jedného zdroja, len na to nezabudnite V tejto dokumentácii pre operačný zosilňovač je zvyčajne uvedená veľkosť bipolárneho zdroja napätia a sú uvedené minimálne a maximálne hodnoty, napríklad Uip min ± 5 V, Uip max ± 20 V. To znamená, že operačný zosilňovač funguje s bipolárnym napájaním v rozsahu napätia ±5...±20 V, avšak pri napájaní z unipolárneho zdroja bude rozsah napätia vyzerať ako +10...+40 V .

Obrázok 15. Možnosti napájania operačného zosilňovača.

Napájanie z bipolárneho zdroja je o niečo vhodnejšie - návrh obvodu je trochu zjednodušený, pretože k väzbe vstupu dochádza buď „automaticky“, ako v obvode na obrázku 14, kde nulové napätie na vstupe operačného zosilňovača tvorí spodné svorky premenných rezistorov, alebo nula na vstupe je tvorená samostatným konštantným odporom, ktorého jedna svorka je pripojená na spoločný vodič a druhý kolík je pripojený na vstup operačného zosilňovača, ktorý zvyčajne nie je invertujúci. Počiatočné napätie je teda nastavené na výstupe operačného zosilňovača, ak sa neberie do úvahy kolísanie, rovné nule.

Pri unipolárnom napájacom napätí nemôže byť výstupné napätie operačného zosilňovača záporné, ale musí zosilniť obe polvlny sínusovej vlny, kladné aj záporné. Na vyriešenie tohto problému sa vytvorí virtuálna nula špeciálne pre operačný zosilňovač. Zvyčajne ide o dva sériovo zapojené odpory zapojené medzi výkonové svorky a polovica napájacieho napätia vytvoreného v mieste pripojenia odporov pôsobí ako virtuálna nula (obrázok 16).

Obrázok 16. Napájanie operačného zosilňovača z unipolárneho napätia.

R1 a R4 tvoria polovicu napájacieho napätia, R3 je potrebný na zníženie vplyvu vstupného signálu, generovaného napätia, ako aj na zvýšenie vstupného odporu zariadenia, keďže C2, určený na zníženie impulzného šumu a zvlnenia výkonu pri virtuálna nula, ovplyvní aj vstupné striedavé napätie. C1 slúži ako oddeľovací kondenzátor, ktorý oddeľuje jednosmernú zložku na vstupe operačného zosilňovača od zdroja, pretože sa predpokladá, že zdroj produkuje striedavé napätie. R5 a R2 tvoria OOS av tomto zosilňovači je koeficient zosilnenia rovný R5 / R2 + 1 = 30k / 10k + 1 = 4. C3 slúži ako izolačný kondenzátor medzi výstupom operačného zosilňovača a záťažou.

Porovnaním obrázkov 14, 15 a 16 je zrejmé, že operačný zosilňovač sa zaobíde bez SPOLOČNÉHO vodiča, pretože výstupné napätie úplne závisí od napätia na jeho vstupoch, aby sa na výstupe získalo nulové napätie s bipolárnym napájaním a polovičným napätie pri unipolárnom napájaní, je potrebné „naviazať“ neinvertujúci vstup zosilňovača na nulové alebo polovičné napájacie napätie. Iba v tomto prípade bude vylúčená neoprávnená zmena konštantnej zložky výstupného signálu, pretože zmena vstupného signálu nastane vzhľadom na napätie tejto „väzby“, t.j. Ako referenčné napätie bude fungovať SPOLOČNÝ vodič pre bipolárne napájanie a polovica napájacieho napätia pre unipolárne napájanie. Tento stav naznačuje, že pre správne fungovanie operačného zosilňovača sa prioritou stáva „čistota“ referenčného napätia. Pri osádzaní dosky plošných spojov je potrebné vziať do úvahy dôležitosť týchto referenčných napätí a vylúčiť vplyv vonkajších faktorov na tieto vodiče, ako je rušenie silovej časti, tok prúdov z kondenzátorov výkonového filtra cez ne , pretože všetky zmeny referenčného napätia povedú k zmenám výstupného signálu operačného zosilňovača, t.j. pre referenčné napätie na doske musí byť pridelený samostatný vodič a musí sa použiť len ako referenčné napätie pre operačný zosilňovač alebo skupinu operačných zosilňovačov a na aké iné účely .

Princíp činnosti kondenzátora možno vysvetliť dvoma spôsobmi:
Keď je vstupné striedavé napätie nulové, kondenzátor sa nabije na polovicu napájacieho napätia. Keď sa objaví kladná polvlna, kondenzátor sa začne nabíjať a začne ním pretekať prúd, a keďže R6, pôsobiaci ako záťaž, je zapojený do série C3, začne ním pretekať prúd a smer prúdu bude zhora nadol. Len čo kladná polvlna prejde vrcholom a jej hodnota začne klesať, kondenzátor sa začne vybíjať. To spôsobí, že prúd bude opäť prúdiť, ale v opačnom smere. Na R6 sa teda vytvorí striedavé napätie.

Druhý spôsob vysvetlenia súvisí s odporom prvkov voči elektrickému prúdu. Pre jednosmerný prúd je odpor kondenzátora nekonečno (nepočítajúc zvodové prúdy), ale pre striedavý prúd už má hodnota odporu kondenzátora nejakú hodnotu a táto hodnota závisí od kapacity kondenzátora a od frekvencie pretekajúci prúd. Pretože sa odpor mení v závislosti od určitých podmienok, je potrebný vzorec na výpočet, aký druh odporu má prvok za určitých podmienok, a keďže sa odpor mení, aby sa odlíšil od odporu rezistorov, zaviedol sa koncept REAKTÍVNEHO ODPORU, vypočítal sa podľa vzorca , kde PI je číslo PI, F je frekvencia v Hertzoch, C je kapacita kondenzátora vo Faradoch. Na základe tohto vzorca nie je ťažké vypočítať, aký bude odpor kondenzátora C3, obrázok 16, pri extrémnych frekvenciách zvukového rozsahu, konkrétne pri frekvencii 20 Hz bude reaktancia kondenzátora 47 μF rovnaká. do 169 Ohmov a pri frekvencii 20 kHz - 0,17 Ohmov. S odporom záťaže 2 kOhm, 169 Ohmov spôsobí mierny útlm signálu:

Obrázok 17. Útlm striedavého napätia reaktanciou C1.

Z matematického hľadiska teda nebude na zaťažovacom odpore R6 na obrázku 16 konštantné napätie, pretože pri konštantnom napätí je odpor C3 rovný nekonečnu a pri striedavom napätí odpor klesá zo 169 Ohmov na 0,17 ohmov v audio rozsahu.

Takže, aby sa znížila reaktancia, kapacita oddeľovacieho kondenzátora by mala byť čo najväčšia? Nie naozaj. Napríklad zmenou kapacity vstupného kondenzátora môžete zorganizovať malý infra-nízkofrekvenčný filter, napríklad s kapacitou oddeľovacieho kondenzátora C1 22 µF, vyrovnávací zosilňovač na operačnom zosilňovači X1 má podobu modrá čiara a s C1 rovným 2,2 µF - červená čiara. Z obrázku je vidieť, že napriek miernemu prevráteniu v oblasti 20 Hz je všetko pod celkom úspešne odrezané, čím je basový reproduktor chránený pred preťažením.

Obrázok 18. Vplyv kapacity väzbového kondenzátora na frekvenčnú charakteristiku celého zosilňovača.

Navyše, využitie vlastností kondenzátora na zmenu jeho odporu umožňuje stavať rôzne filtre a na to sú odpory na vstupe op-ampu určitým spôsobom zapojené a ten potom funguje ako kompenzátor poklesu napätia, resp. v spätnej väzbe operačného zosilňovača a potom operačný zosilňovač mení svoj vlastný zisk v závislosti od frekvencie.

Ale predtým, než budeme uvažovať o filtroch, mali by sme sa vrátiť k tomu, čo bolo spomenuté BUFFER AMPLIFIER. V podstate vyrovnávací zosilňovač je medziľahlý zosilňovač, ktorý má plochú frekvenčnú odozvu, je žiaduce mať nastavenie zisku. Zavedenie vyrovnávacieho zosilňovača do obvodu je zvyčajne opodstatnené, ak má zosilňovač výstupný výkon 200 W alebo viac. V tomto prípade musí byť vlastný zisk výkonového zosilňovača dosť vysoký, pretože výstupné napätie predzosilňovačov je normalizované a predstavuje 0,75 alebo 1 V a pre výkon 200 W napätie s amplitúdou asi 40 V (28 V efektívna hodnota) sa už vyžaduje, t.j. zosilňovač potrebuje zosilniť signál 28-krát, čo je 32 dB.

Nie je žiadnym tajomstvom, že čím vyšší je vlastný zosilňovací faktor zosilňovača, tým väčšie skreslenie vytvára, preto na zníženie skreslenia je potrebné znížiť zosilňovací faktor a na získanie rovnakého výkonu je potrebné zvýšiť amplitúdu zosilnenia. vstupný signál. Na vyriešenie tohto problému sa používa vyrovnávací zosilňovač.

Konštrukcia obvodu vyrovnávacích zosilňovačov je pomerne jednoduchá - zvyčajne ide o typické pripojenie operačného zosilňovača pokrytého OOS a nastaviteľného. Operačný zosilňovač je zvyčajne napájaný z rovnakého zdroja ako samotný zosilňovač, preto sa na získanie napätia ±15 V potrebného na prevádzku operačného zosilňovača používajú parametrické stabilizátory, ale najprv uvažujme obvod napájaný zo samostatného zdroja:

Obrázok 19. Schéma vyrovnávacieho zosilňovača napájaného zo samostatného zdroja.

V prvom rade by ste mali venovať pozornosť absencii väzbového kondenzátora na výstupe zosilňovača - nie je potrebný, pretože na vstupe samotného výkonového zosilňovača je kondenzátor. Zosilňovač má malé rollovery na okrajoch zvukového rozsahu, ale napriek zjavnej strmosti liniek je tento rollover iba 0,1 dB so ziskom 15 dB, čo je viac ako prijateľné:

Obrázok 20. Frekvenčná odozva vyrovnávacieho zosilňovača na báze operačného zosilňovača TL071 od TI.

Úroveň THD tiež nie je skvelá:

Obrázok 21. Úroveň THD pre zosilňovač založený na operačnom zosilňovači TL071

Tu 1,2 m znamená, že je to milipercento, t.j. toto je 0,0012 %. Mimochodom, táto hodnota priamo závisí od použitého operačného zosilňovača. Nižšie sú uvedené rovnaké grafy pre rovnaký vyrovnávací operačný zosilňovač, ale s použitím NE5534 a AD744:

Obrázok 22. Úroveň THD pre operačný zosilňovač NE5534 (hore, žlté pozadie)
a AD744 (spodná časť, zelené pozadie)

Ako vidno z grafov, úroveň THD výrazne klesá, takže pri výbere op-amp by ste mali brať tento faktor do úvahy a pred inštaláciou si podrobnejšie preštudovať vlastnosti plánovaného op-amp. Napríklad NE5534 má bipolárny vstup, ktorý znižuje jeho vstupnú impedanciu, no má väčšiu zaťažiteľnosť, čo mu umožňuje pracovať stabilne na invertujúcich výkonových zosilňovačoch s veľkým vnútorným zosilnením.

Pre názornejší príklad použijeme základný obvod zosilňovača Holton:

Obrázok 23. Schéma zapojenia výkonového zosilňovača Holton

Úroveň THD v tejto verzii dosahuje 0,03%, so ziskom 32 dB.

Obrázok 24.

Teraz „naskrutkujme“ vyrovnávací zosilňovač k zosilňovaču a znova skontrolujte úroveň THD:

Obrázok 25. Holtonov zosilňovač s vyrovnávacím operačným zosilňovačom na TL071

Obrázok 26. Úroveň THD s vyrovnávacím operačným zosilňovačom na TL071.

Ako je možné vidieť z grafu, úroveň THD sa znížila takmer 3-krát (!), a to pri použití bežného operačného zosilňovača TL071. Ak však ďalej znížite zosilnenie samotného zosilňovača a zvýšite zosilnenie vyrovnávacieho zosilňovača a namiesto TL071 použijete AD744, úroveň THD sa môže ešte 2-krát znížiť.

Obrázok 27. Úroveň THD pri použití AD744.

Teraz sa pozrime bližšie na diagram na obrázku 25:
C3 a C6 sú elektrolytické kondenzátory, ktoré filtrujú nízkofrekvenčnú zložku napájacieho zdroja a C4 a C5 sú filmové kondenzátory, ktoré filtrujú HF;
D1 a D2 - 1,3 W, 15 V zenerove diódy;
R3 je myslený ako orezávací odpor, ktorý vám umožňuje rýchlo zmeniť zosilnenie vyrovnávacieho operačného zosilňovača;
C7 - korekčný kondenzátor, ktorý radikálne znižuje zisk operačného zosilňovača na ultrazvuku a dodáva vyrovnávaciemu zosilňovaču stabilitu (zníženie tendencie k excitácii);
R17 a R20 sú zmenené v porovnaní s podobnými obvodmi 23, pretože sú zodpovedné za vlastný zisk výkonového zosilňovača;
rezistory R4 a R5 fungujú ako prúd obmedzujúce (predradné) odpory pre parametrický stabilizátor a čím vyššie je napájacie napätie samotného zosilňovača, tým vyššie by mali mať menovitý výkon a tým viac tepla odvádzajú. Hodnota rezistorov by mala byť zvolená tak, aby na zenerových diódach D1 a D2 bolo rozptýlených 0,1...0,15 W. Tým sa zabezpečí, že stabilizované napätie sa nezmení v prípade poklesu napájacieho napätia a nebude závisieť ani od prúdu spotrebovaného samotným operačným zosilňovačom, ani od prúdu spotrebovaného operačným zosilňovačom do záťaže. Hodnoty predradných rezistorov pre rôzne napájacie napätia zosilňovača sú zhrnuté v tabuľke:

NAPÁJACIE NAPÄTIE UMZCH, V	HODNOTENIE PRÚDU OBMEDZUJÚCICH (BALAST) ODPOROV
	560...620 Ohm 0,25W
	1,5...1,7 kOhm 0,5 W
	1,7...2,2 kOhm 1W
	2,2...2,7 kOhm 1W
	3,3...3,6 kOhm 1W
	4,3...4,7 kOhm 1W
	5,1...5,6 kOhm 1W
	6,2...6,8 kOhm 2W
	6,8...7,5 kOhm 2W

Okamžite treba dodať, že zenerove diódy aj predradné odpory sa zahrievajú, preto je potrebné na doske plošných spojov zabezpečiť pre tieto prvky väčšie kontaktné plôšky takže fungujú ako malé chladiče. Väčšia kontaktná podložka je tiež oveľa spoľahlivejšia pre ohrievacie prvky a pravdepodobnosť, že sa spájka vzdiali od prvku, sa časom výrazne zníži.

Na dokončenie témy vyrovnávacích zosilňovačov zostáva len poznamenať, že od inštalácie operačného zosilňovača je možné na ňom zorganizovať ďalšiu jednotku nazývanú obmedzovač. LIMITER - modul, ktorý meria špičkovú úroveň výstupného signálu a na základe týchto meraní upravuje zosilnenie použitého operačného zosilňovača, čím sa eliminuje výskyt orezania na výstupe zosilňovača. V magnetickom záznamovom zariadení sa niečo podobné nazývalo AUTOMATICKÉ OVLÁDANIE ÚROVNE.
Hlavným problémom pri vytváraní obmedzovača je voľba časovej konštanty odozvy obmedzovača, keďže príliš rýchla odozva dosť výrazne zmení dynamický rozsah zvukového signálu a ak je príliš veľký, obmedzovač nestihne na spracovanie vstupného signálu a „vynechá“ orezanie. Obrázok 28 zobrazuje fragment obvodu obmedzovača organizovaného na základe vyrovnávacieho operačného zosilňovača, t.j. Toto je „hotový“ diagram na obrázku 25:

Obrázok 28. Organizácia obmedzovača.

Obvod je špeciálne organizovaný tým najprimitívnejším spôsobom - signál z výstupu zosilňovača je privádzaný na pravú svorku rezistora R52, potom je usmernený diódovým mostíkom na diódach D12, D13, D17, D18 a privádzaný do obmedzovača amplitúdy. na D14 a D15. Napätie zenerových diód D14 a D15 je zvolené približne o 5...8 V menšie ako maximálne výstupné napätie výkonového zosilňovača a R50 obmedzuje pretekajúci prúd a spolu s C20 tvorí časovací reťazec reakcie. čas obmedzovača, t.j. ako rýchlo obmedzovač zníži zosilnenie vyrovnávacieho zosilňovača, keď sa objaví maximálna amplitúda signálu. Čas, po ktorom obmedzovač „vráti“ počiatočný zisk do vyrovnávacieho operačného zosilňovača, závisí od kapacity C20 a odporu R51. D16 chráni lampu optočlena AOP124 pred vyhorením v dôsledku nadmerného napätia. Lampa HL1 „svieti“ na fotorezistor optočlena R49, ktorý pri osvetlení znižuje jeho odpor, čím sa výrazne znižuje zisk vyrovnávacieho operačného zosilňovača.

Bohužiaľ optočleny FOTORESISTOVÁ LAMPA nie je až tak veľa, a ich zameniteľnosť nie je príliš dobrá, preto je lepšie hľadať optočleny práve tejto série a najlepšie s písmenom B na konci, t.j. AOP124B - keď je lampa zapnutá, odpor fotorezistora sa zníži na 360 Ohmov a pre zvyšok tejto série na 1,2 kOhm, aj keď to stačí pre tento obmedzovač.

Avšak, operačné zosilňovače sú dobré pre viac ako len vyrovnávacie zosilňovače - použitie sady odporov a kondenzátorov Môžete ich použiť na zostavenie ovládačov tónov, viacpásmových ekvalizérov a filtrov len pre určitý frekvenčný rozsah.. Zoberme si napríklad diagram na obrázku 29:

Obrázok 29. Hornopriepustný filter.

R1 a C2 tvoria filter prvého rádu, ktorého princíp je lepšie vysvetlený cez reaktanciu - pri dosiahnutí určitej frekvencie začne reaktancia klesať a akonáhle bude výrazne menšia ako R1, amplitúda vstupného signálu začne tiež klesať. Na kontrolu zoberme frekvenčnú odozvu tohto obvodu nakreslenú simulátorom:

Obrázok 30.

Teraz prepočítajme reaktanciu C1 pre frekvencie uvedené v grafe vyššie. Ohyb čiary frekvenčnej odozvy začína približne pri 2 kHz, pre túto frekvenciu bude reaktancia C2 169 kOhm, vo vzťahu k 22 kOhm R1 to začína byť cítiť. Pri frekvencii 24,1 kHz bude odpor C2 14 kOhm a to je už 1,6-krát menej ako odpor R1, preto by malo napätie klesnúť aj 1,6-krát, čo sa v skutočnosti deje pri napätí 1,22 V pri nízkej frekvencii 500 Hz. pri frekvencii 24 kHz sa amplitúda znížila na 0,75 V, t.j. rovnako 1,6 krát.

Teraz pridáme ešte jeden odkaz, presne rovnaký ako R1-C2, a získame filter druhého rádu:

Obrázok 31. Filter druhého rádu

Obrázok 32. Frekvenčná charakteristika filtra druhého rádu.

Ako vidno z obrázku, výstupné napätie pri nízkych frekvenciách kleslo doslova o 0,2 V, no pri vysokých frekvenciách dochádza k prevráteniu oveľa intenzívnejšie – teraz pri frekvencii 24 kHz je výstupné napätie 0,3 V, čo je viac ako 2 krát menej ako v predchádzajúcom filtri. Pre väčšiu prehľadnosť preveďte tieto hodnoty na dB, pretože ľudské ucho vníma úroveň hlasitosti podľa logaritmického zákona a frekvenčná odozva filtra tretieho rádu má nasledujúcu formu:

Obrázok 33. Frekvenčná charakteristika filtra druhého rádu v dB.

Z grafu je teraz zrejmé, že pri frekvencii 24 kHz je pokles frekvenčnej odozvy 10 dB, teda 3-krát nižší ako nízka frekvencia. Faktor kvality tohto filtra, t.j. závislosť od toho, o koľko sa zníži zisk v závislosti od zmeny frekvencie, je 5 dB na oktávu. Oktáva je hudobný pojem, ktorý znamená, že frekvencia sa zmenila presne 2 krát. V tomto prípade boli ako segment pre výpočty brané frekvencie 10 kHz a 20 kHz, amplitúda sa znížila o 5,2 dB;
Zoberme si ďalší príklad - filter tretieho rádu, t.j. obsahujúce 3 rovnaké uzly:

Obrázok 34. Filter tretieho rádu.

Obrázok 35. Frekvenčná charakteristika filtra tretieho rádu.

V tomto filtri je rolloff frekvenčnej odozvy 7,5 dB na oktávu, t.j. K poklesu amplitúdy dochádza oveľa intenzívnejšie.

Rovnakým princípom môžete usporiadať dolnopriepustné filtre:

Obrázok 36. Nízkopriepustný filter

Obrázok 37. Frekvenčná odozva dolnopriepustného filtra

Tieto filtre sa bežne používajú v zosilňovačoch s plným výkonom na obmedzenie okrajov zvukového rozsahu., kde sa zvyčajne „usadí“ nepríjemné rušenie. Pomocou obvodov hornopriepustného filtra však môžete organizovať dolnopriepustný filter pre subwoofer:

Obrázok 38. Filter subwoofera

Obrázok 39. Frekvenčná charakteristika filtra pre subwoofer

Napriek plnej funkčnosti tohto filtra by nebolo úplne správne odporúčať jeho použitie - nemá žiadne obmedzenia v oblasti infra-nízkych frekvencií a to zvyšuje možnosť prehriatia cievky dynamickej hlavy alebo jej mechanického poškodenia nárazmi na magnetický systém.

Teraz zvážte nasledujúcu schému ako filter:

Obrázok 40.

Tu je operačný zosilňovač pripojený cez invertujúci vstup a operačný zosilňovač OOS obsahuje RC reťazce, ktoré určite ovplyvnia frekvenčnú odozvu tohto obvodu. Obvod obsahuje aj premenlivý odpor X1, pričom motor je v strednej polohe, súčiastky OOS a vstupného obvodu sú vyrobené úplne symetricky, čo dáva právo predpokladať, že OOS kompenzuje zmeny frekvenčnej odozvy, ktoré vstupné prvky urobi. Na diagrame naľavo od motora je napísaná hodnota odporu, v tomto prípade je to 100 kOhm, a napravo je poloha motora v percentách vzhľadom na jeho plný zdvih, t.j. 50 znamená, že motor je v strede. Aby sme skontrolovali úsudky o frekvenčnej odozve, pozrime sa na frekvenčnú odozvu tohto obvodu generovaného simulátorom:

Obrázok 41.

V skutočnosti červená čiara zobrazujúca tvar frekvenčnej odozvy prakticky nasleduje po nule. Teraz posuňte posúvač variabilného odporu smerom k R2:

Obrázok 42.

Ako je zrejmé z obrázku, zosilňovač začal zosilňovať určitú časť frekvenčnej odozvy umiestnenú v oblasti 40 Hz, čo naznačuje, že reaktancia kondenzátorov C2 a C3 sa mení natoľko, že začína ovplyvňovať okolité prostredie. spätná väzba a tvar výslednej frekvenčnej odozvy silne pripomína tvar frekvenčnej odozvy LC rezonančného obvodu, nie sú tu však žiadne indukčnosti, preto rezonancia ako taká nie je možná. Na určenie frekvencie impulzov sa zavádza dodatočný koncept - KVAZIREZONANCIA. Kvázi-rezonancia môže spôsobiť nárast frekvenčnej odozvy smerom nahor aj kolaps smerom nadol - stačí posunúť posúvač s premenlivým odporom smerom k R4:

Obrázok 43

Pomocou tohto filtra už môžete vytvárať kompletný filter pre subwoofer, pretože má dobré obmedzenia v oblasti infra-nízkej frekvencie. Jediná vec, ktorá môže byť potrebná, je zmeniť hodnotu kondenzátorov na nastavenie frekvencie, pretože faktor kvality filtra je dosť vysoký. Výsledkom je nasledujúci obvod a jeho frekvenčná odozva:

Obrázok 44

Použitím niekoľkých paralelne zapojených filtrov, ktoré však majú rôzne frekvenčné nastavovacie kondenzátory, môžete zostaviť ekvalizér - ovládanie tónu, ktoré vykonáva úpravy v štyroch alebo viacerých úsekoch frekvenčnej odozvy (pásiem). Obrázok 45 ukazuje schému takéhoto 8-pásmového ekvalizéra:

Obrázok 45. Schéma 8-pásmového ekvalizéra.

Toto však zďaleka nie je jediný spôsob, ako vytvoriť ekvalizéry pomocou operačných zosilňovačov. Obrázok 47 ukazuje schému úplne pasívneho ekvalizéra, v ktorom operačné zosilňovače fungujú ako vyrovnávací zosilňovač (X1) a kompenzátor strát (X2).

Obrázok 46. Schematický diagram pasívneho ekvalizéra,
publikované v časopise RÁDIO v osemdesiatych rokoch.

Niekedy, ak chcete vytvoriť ekvalizéry založené na operačných zosilňovačoch, oddelene pásmové filtre, zahrnuté v OOS iného OS. To umožňuje znížiť vzájomné pôsobenie pásiem, ako aj meniť v širokom rozsahu hodnoty nárastu a poklesu úseku frekvenčnej odozvy zvoleného pásma:

Obrázok 47.

Avšak pri zostavovaní stereo ekvalizéra je žiaduce, aby oba kanály boli navzájom identické, čo si vyžaduje použitie rezistorov a kondenzátorov bez zmeny parametrov. Je veľmi ťažké ich nájsť, takže musíte vybrať odpory aj kondenzátory. Zmena v dizajne obvodov pásmových filtrov, konkrétne použitie nastaviteľných filtrov, vám umožní zbaviť sa tohto problému. V osemdesiatych rokoch RADIO zverejnilo schému podobného ekvalizéra založeného na K157UD2. Použitie týchto konkrétnych operačných zosilňovačov bolo odôvodnené skutočnosťou, že sú duálne. Dnes však nie je nedostatok mikroobvodov obsahujúcich 4 operačné zosilňovače vo svojom balení, preto zvýšenie počtu operačných zosilňovačov pre nastaviteľné filtre nebude mať prakticky žiadny vplyv na zvýšenie počtu mikroobvodov. Schéma päťpásmového ekvalizéra založeného na nastaviteľných filtroch je znázornená na obrázku 48 a tento ekvalizér možno jednoducho rozšíriť na 15 pásiem:

Obrázok 48.

Mimochodom, to je všetko vyššie navrhnuté ekvalizéry boli z kategórie grafiky, t.j. Pri použití posuvných premenných rezistorov aplikujte kalibráciu v blízkosti každého jazdca, potom podľa polohy jazdca rezistora môžete posúdiť tvar frekvenčnej odozvy:

Obrázok 49. Predný panel grafického ekvalizéra PRIBOI E024S

Avšak Existuje ďalší typ ekvalizéra - parametrický. Tieto ekvalizéry umožňujú ovplyvniť nielen nárast a pokles frekvenčnej odozvy v určitej oblasti, ale túto oblasť aj posunúť a navyše upraviť faktor kvality.

Obrázok 50. Predný panel parametrického ekvalizéra Klark Teknik DN410

V každodennom živote sa takéto ekvalizéry používajú veľmi zriedkavo, umožňujú vám však presnejšie upraviť frekvenčnú odozvu v závislosti od potreby.

O parametrických ekvalizéroch hovoríme vlastne preto, lebo obvod na obrázku 48 umožňuje transformovať tento ekvalizér na parametrický, pre ktorý je potrebné vymeniť orezávacie odpory pásmových filtrov za sériovo zapojený orezávací odpor nižšej hodnoty a napr. variabilný odpor umiestnený na prednom paneli.

Na druhej strane nikto nezakazuje použiť jedno pásmo tohto ekvalizéra na izoláciu a zvýraznenie úzkej časti frekvenčnej odozvy, čo je práve to, čo je potrebné na vytvorenie multifunkčného filtra pre subwoofer, ku ktorému už zostáva len pridať tzv. fázový posúvač, aby sa eliminovala zmena fázy vyskytujúca sa v samotnom filtri. Výsledok je nasledovný filtračný obvod subwoofera:

Obrázok 51. Schéma zapojenia filtra subwoofera

Obrázky 52 a 53 ukazujú zmeny tvaru frekvenčnej odozvy v závislosti od úpravy frekvencie a faktora kvality:

Obrázok 52. Zmena frekvencie filtra pre subwoofer

Obrázok 53. Zmena faktora kvality filtra subwoofera.

Všetky predtým zvažované možnosti použitia operačných zosilňovačov boli založené na použití OOS - negatívnej spätnej väzby. Avšak Op-amp môže byť pokrytý aj pozitívnou spätnou väzbou - POS, t.j. spätná väzba začína NEINVERZUJÚCI VSTUP. Toto zahrnutie vám umožňuje „digitalizovať“ niektoré analógové udalosti, napríklad keď sa dosiahne určitá teplota, mala by nastať nejaká udalosť, napríklad by sa mal zapnúť ventilátor núteného chladenia a akonáhle teplota klesne pod určitú teplotu, malo by sa to vypnúť. Je možné vykonať podobné akcie obvod ovládania ventilátora, znázornené na obrázku 54.

Obrázok 54. Schéma riadenia ventilátora.

V schéme R7 funguje ako ventilátor počítača, ktorého veľkosť a výkon závisí od konštrukcie zosilňovača. Trimrový odpor X1 nastavuje prah odozvy. Rezistor R8 slúži na zapnutie ventilátora na minimálne otáčky a musí mať výkon aspoň 1W a odpor sa volí v závislosti od výkonu. Pre väčšiu prehľadnosť pripojíme k obvodu nízkofrekvenčný generátor s malou amplitúdou, simulujúc zmenu R2 v závislosti od teploty a porovnajme vstupné a výstupné napätie operačného zosilňovača:

Obrázok 55. Vstupné a výstupné napätie operačného zosilňovača.

Tu modrá čiara označuje vstupné napätie na invertujúcom vstupe, červená čiara na neinvertujúcom vstupe a zelená čiara na výstupe operačného zosilňovača. Keďže sa výstupné napätie mení, cez rezistor R4 ovplyvňuje aj hodnotu napätia na neinvertujúcom vstupe, avšak na tomto obrázku nie je závislosť zmien veľmi dobre viditeľná, preto napätie na výstupe op. -amp a pozrite sa bližšie na napätie na vstupoch:

Obrázok 56. Vstupné napätie operačného zosilňovača.

Kým je termistor R2 studený, jeho odpor je vysoký a napätie na invertujúcom vstupe bude kladné, preto napätie na výstupe operačného zosilňovača bude čo najbližšie k zápornému napájaciemu napätiu (modrá čiara na obrázku 56 ), a to zase povedie k výskytu malého záporného napätia na neinvertujúcom vstupe, približne -0,3 V (červená čiara na obrázku 56). Keď sa R2 zahrieva, jeho odpor začne klesať, čo bude mať za následok zníženie napätia na invertujúcom vstupe operačného zosilňovača a potom prechod na zápornú hodnotu.

Akonáhle sa napätie na invertujúcom vstupe zníži ako na neinvertujúcom vstupe, hodnota napätia na výstupe operačného zosilňovača sa začne zvyšovať, čo bude mať za následok zvýšenie napätia na neinvertujúcom vstupe a rozdiel napätia na vstupoch operačného zosilňovača sa ešte zvýši. Pretože operačný zosilňovač zosilňuje iba rozdiel napätia na invertujúcich a neinvertujúcich vstupoch, zvýšenie rozdielu napätia bude mať za následok ešte väčšie zvýšenie výstupného napätia na výstupe operačného zosilňovača a rozdiel vo vstupných napätiach bude stať sa ešte väčším. Týmto spôsobom vzniká lavínový proces, ktorý prispieva k takmer okamžitej zmene výstupného napätia na výstupe operačného zosilňovača, čo sa skutočne deje na obrázku 56, v bode 1 časovej stupnice. Na konci tohto procesu sa na výstupe operačného zosilňovača vytvorí napätie blízke kladnému zdroju energie a na neinvertujúcom vstupe sa objaví kladné napätie 0,3 V.

Vzhľad kladného napätia na výstupe operačného zosilňovača otvorí tranzistor Q1 (2N5551), ktorý následne otvorí Q2 (BD139) a ventilátor zvýši rýchlosť na maximum. Mimochodom, napätie takmer 15 V nemôže byť dodávané všetkým ventilátorom počítača, pretože nie všetky ventilátory majú zariadenie na ovládanie vinutia motora, ktoré im umožňuje pracovať pri vyšších rýchlostiach. Pri dosiahnutí maximálnych otáčok a ďalšom zvyšovaní napájacieho napätia už stihne magnetické pole nalepených magnetov motora „prestreliť“ požadovaný Hallov snímač a v dôsledku toho sa zvýšia vibrácie motora, klesnú otáčky a zahrievanie výkonových spínačov motora sa prudko zvýši. Preto pri napájaní obvodu z napätia ±15 V by mal byť v sérii s ventilátorom zabezpečený odpor 0,5 W. Odpor tohto odporu je zvolený tak, aby na ventilátore bolo 12-13 V, zvyčajne stačí 5...10 Ohmov.

Hneď ako začne chladenie, logicky by sa mal zvýšiť odpor termistora, ale predpokladajme, že tepelný odpor radiátora nie je príliš dobrý a termistor sa naďalej zahrieva a napätie na invertujúcom vstupe sa stále znižuje.
Po určitom čase sa však termistor začne ochladzovať a jeho odpor sa začne zvyšovať a napätie na invertujúcom vstupe sa začne zvyšovať, dosiahne nulu a stane sa kladnou hodnotou. Akonáhle napätie dosiahne hodnotu rovnú napätiu na neinvertujúcom vstupe a okamžite sa spustí lavínový proces, ale v negatívnom smere - výstup začne klesať, čo spôsobí pokles napätia na neinvertujúcom vstupe. , zvýšenie rozdielu napätia na vstupe operačného zosilňovača a prípadne priblíženie sa k napätiu čo najviac zápornému napájaciemu napätiu. Toto sa skutočne stane v časovom bode 2, kedy sa ventilátor vypne.

Ako Z grafu je zrejmé, že spínanie operačného zosilňovača sa nevyskytuje pri rovnakej teplote - najprv by malo dôjsť k miernemu prehriatiu (napätie na termistore by malo byť menšie ako -0,3 V), vzhľadom na nastavenú hodnotu a potom mierne prechladnutie (napätie na termistore by malo prekročiť + 0,3 V). Na základe toho môžete zostaviť graf zobrazený na obrázku 57:

Obrázok 57.

Výsledný diagram predstavuje jeden z možných Schmittova spúšťacia implementácia alebo komparátor a graf zobrazený na obrázku 57 je opis Hysterézne slučky, t.j. tento diagram možno považovať za Najjednoduchší analógovo-digitálny prevodník- ADC.
Okrem regulácie teploty podobné obvody možno použiť na ovládanie druhej výkonovej úrovne vo výkonných audio zosilňovačoch triedy H. Princíp činnosti týchto zosilňovačov je založený na rozdelení napájacieho napätia na dve, zvyčajne identické časti a pokiaľ je úroveň výstupného signálu menšia ako spodný zdroj, koncový stupeň využíva nízkonapäťový zdroj. Akonáhle sa amplitúda výstupného signálu začne približovať k hodnote napájacieho napätia, je do koncového stupňa privedená „druhá časť“ napájania. Pre podrobnejší pohľad používame zosilňovač Holton:

Obrázok 58. Holtonova schéma zapojenia v triede H

V tejto schéme ako komparátor sa používa špecializovaný operačný zosilňovač LM311, ktorý má na výstupe tranzistor a výstupný emitor a kolektor, čo výrazne rozširuje možnosti tohto mikroobvodu - je možné zapnúť opakovač aj výstup s otvoreným kolektorom.

Akonáhle napätie na výstupe zosilňovača dosiahne +40 V, komparátor X3 zmení napätie na svojom výstupe a tranzistory X9 a X10 sa otvoria a na zvody tranzistorov bude privedené napätie +100 V. záverečná fáza. Akonáhle výstupné napätie klesne pod 22 V, komparátor opäť zmení svoj stav a „druhé poschodie“ zdroja sa vypne. Napätie, pri ktorom je pripojené a vypnuté „druhé poschodie“ výkonu, je určené polohou rezistora trimra R30 a hysteréznu slučku tvorí odpor R37 a v tomto obvode je hodnota tohto odporu mierne podhodnotená. jasnosť. Pri opakovaní obvodu sa odporúča použiť menovitý odpor 2,2 MΩ. Ak ste si istí, že máte SPRÁVNE rozloženie dosky plošných spojov a pravdepodobnosť impulzného rušenia je znížená na minimum, môžete tento odpor úplne opustiť - umožňuje to vnútorná štruktúra mikroobvodu.

Pre záporné rameno nastáva rovnaký proces, len je monitorovaný komparátorom na X4 a druhá výkonová úroveň je pripojená k tranzistorom M7 a M8.

Obrázok 59. Ovládanie druhej výkonovej úrovne zosilňovača triedy H.

IRF640 a IRF9640, ako najbežnejšie, sa používajú ako tranzistory na pripojenie druhej výkonovej úrovne v obvode. Rezistory R63, R64, R69, R71 sa používajú na zníženie šokového procesu, ktorý nastáva pri otvorení tranzistorov druhej úrovne a ktorý sa nevyhnutne objaví na výstupnom signáli. Na zníženie tohto istého procesu sa používajú aj kondenzátory C13 a C14. Ak nie sú problémy s konfiguráciou, potom namiesto párov výkonových tranzistorov môžete použiť tranzistory s vyšším prúdom IRF5210 pre kladné rameno a IRF3710 pre záporné, jeden po druhom. Rezistory v zdrojoch musia byť znížené na 0,1 Ohm. Riadiace systémy sú napájané parametrickými stabilizátormi R53-D8-D9 pre kladné napájacie rameno a R56-D10-D11 pre záporné rameno. Dve identické zenerove diódy poskytujú virtuálny stredný bod pre každý operačný zosilňovač a tento bod je referenčným bodom pre činnosť komparátora.

No a čo presne dáva takéto zaradenie záverečnej fázy? Predovšetkým zníženie tepla odvádzaného finálnou kaskádou, keďže zmena napájacieho napätia koncovej kaskády výrazne znižuje teleso odvádzané touto kaskádou. A keďže generované teplo sa výrazne znížilo, je už možné použiť menej párov tranzistorov pre túto konečnú fázu, čo už šetrí peniaze. Okrem toho sa ako tranzistory koncového stupňa používajú IRFP240-IRFP9240, maximálne napätie DRAIN-SOURCE je 200 V, preto by napájacie napätie zosilňovača podľa tradičného zapojenia nemalo prekročiť ±90 V (desať voltov pre technologickú rezervu, aj keď je to nedostatočné). Pomocou dvojúrovňového napájacieho zdroja je možné zvýšiť napätie, pretože na tranzistory sa v žiadnom prípade nebude aplikovať viac ako 3/4 celkového napájacieho napätia. Inými slovami, aj pri napájaní z dvojúrovňového napájania ±50 V a ±100 V sa na tranzistory bude aplikovať napätie maximálne 150 V, pretože aj pri maximálnej amplitúde výstupného signálu bude jeden z riadiace tranzistory druhej úrovne budú zatvorené - ak je ovládanie kladnej polvlny uzavreté na výstupe „druhé poschodie“ mínusového napätia a naopak - ak je výstup mínus polvlna, potom ovládanie pozitívne „druhé poschodie“ bude zatvorené.

Obvody môžu organizovať činnosť komparátora takým spôsobom, že nebude monitorovať jednu úroveň napätia v porovnaní s referenčným napätím, ale dve. Takéto komparátory sa nazývajú dvojprahové a možno ich použiť napríklad na riadenie napájacieho napätia zosilňovača, na riadenie úrovne jednosmerného napätia na výstupe zosilňovača. S Ochrana jednosmerného napätia pre striedavý prúd a začnime:

Obrázok 60. Ochrana striedavého prúdu pred jednosmerným napätím.

Tu je vstup operačného zosilňovača spočiatku napájaný predpätím, organizovaným na diódach D3 a D4 (1N4148). Výstupom výkonového zosilňovača je generátor sínusového signálu V1 a ak sa na ňom objaví kladné jednosmerné napätie, tak nemôže zvýšiť hodnotu na neinvertujúcom vstupe - nedá D3, ale na invertujúcom vstupe nič nebráni zvýšenie kladného napätia na výstupe Op-amp sa vytvorí takmer mínus napájacie napätie, čo spôsobí uzavretie kompozitného tranzistora Q1-Q2 a relé (R12) sa vypne. Ak sa na výstupe zosilňovača objaví mínusové napätie, tak na invertujúcom vstupe sa nebude môcť zvýšiť, alebo skôr znížiť - nedá D4, ale na neinvertujúcom vstupe môže ľahko nadobudnúť záporné hodnoty, čo tiež povedie k objaveniu sa takmer mínusového napätia na výstupe napájacieho zdroja operačného zosilňovača a relé sa opäť vypne. Napríklad aplikujme napätie z generátora s amplitúdou 9 V a frekvenciou 0,1 Hz, čo možno považovať za simuláciu konštantného napätia:

Obrázok 61. Časové diagramy činnosti AC ochrany, trvanie 10 sekúnd.

Modrá čiara je signál z generátora, červená čiara je napätie na kolektoroch Q1 a Q2.
Reťaz C2 a R13 slúži na oneskorenie pripojenia reproduktorov v momente zapnutia zosilňovača a krátkodobo (počas nabíjania C2) privádza na vstup zariadenia malé kladné napätie.

V čom je tento obvod lepší ako populárne tranzistorové analógy? Existuje jedna nuansa, ktorá skôr alebo neskôr môže viesť k problémom. Zoberme si napríklad jednu z populárnych schém ochrany jednosmerného napätia:

Obrázok 62. Schéma ochrany striedavého prúdu pred jednosmerným napätím.

Plus na výstupe zosilňovača sa otvára Q1 - Q3 sa zatvára, mínus na výstupe zosilňovača sa otvára Q2 - Q3 sa zatvára, všetko sa zdá byť správne, ale ako sa to stane? Kapacita C2 je dostatočne veľká a preto vám nedovolí okamžite zapnúť a vypnúť relé rýchlosť zatvárania a otvárania kontaktov relé klesá, čo spôsobuje spálenie kontaktov a nakoniec - zlyhanie relé. Pre prehľadnosť sa pozrime na grafy napätia na kolektoroch riadiacich relé tranzistorov:

Obrázok 63. Oscilogramy na kolektoroch výkonových tranzistorov.

Modrá čiara je tu napätie na kolektore Q2 z obrázku 62 a červená čiara je na kolektore tranzistora Q2 z obrázku 60. Ako je možné vidieť z obrázku, pri tradičnej ochrane dochádza k zmene napájacieho napätia pre relé. do 0,1 sek, pričom pri ochrane s operačným zosilňovačom závisí čas spínania len od rýchlosti samotného operačného zosilňovača a rýchlosti výkonových tranzistorov, t.j. takmer okamžite, v porovnaní s tradičnými.

Pomocou rovnakého princípu môžete organizovať mäkký štart pre výkonový zosilňovač, a okrem samotného mäkkého štartu bude obvod sledovať aj napájacie napätie. Ak sa sekundárne napájanie zmení nad alebo pod nastavenú hranicu, napríklad pri vykonávaní zváracích prác na rovnakej fáze sieťového napätia alebo počas veterného počasia sa vodiče sieťového vedenia prekrývajú a v zásuvke sa objaví 280-340 V, potom tento obvod automaticky prepne zosilňovač na štart. Ak situácia trvá pomerne dlho, spôsobí to vyhorenie odporu obmedzujúceho prúd a zosilňovač sa úplne vypne. Schematický diagram je znázornený na obrázku 64:

Obrázok 64.

V1 a V1 tu simulujú sekundárne vinutia výkonového transformátora, V3 - simulujú rázy sieťového napätia, R1 a R2 - simulujú JEDEN rezistor zapojený do série s primárnym vinutím výkonového transformátora a prepojený kontaktmi relé, ktorého vinutie simuluje odpor R15, R 3 - simuluje pokojový prúd výkonu zosilňovača. Na získanie užšieho prevádzkového rozsahu sa v obvode používajú Schottkyho diódy, pretože majú nižší pokles napätia, možno ich nahradiť 1N4144.

V okamihu zapnutia je C3 vybitý a relé je vypnuté, sekundárne napájacie filtračné kondenzátory sú nabíjané cez odpor inštalovaný v sérii s primárnym vinutím transformátora. Čas nabíjania sekundárnych výkonových kondenzátorov často prekračuje čas nabíjania C3, preto kontakty relé zostávajú otvorené. Akonáhle napätie na hornej svorke C1 dosiahne určitú úroveň, komparátor sa spustí a zopne relé - obvod sa prepne do prevádzkového režimu. akonáhle bude napätie na C1 menšie alebo vyššie ako napätie nastavené orezávacím odporom R5, komparátor bude opäť fungovať a vypne relé - napájanie bude privádzané cez odpor obmedzujúci prúd. Výkon transformátora už nestačí na spálenie koncových tranzistorov zosilňovača, v ktorých sa pri rázoch začnú vytvárať prechodové procesy. Ak sú však kondenzátory dostatočne veľké, potom energia v nich uložená môže stačiť na to, aby niečo zlyhalo, preto sa odporúča použiť vysokoprúdové vysokonapäťové relé s tromi spínacími skupinami kontaktov. Jedna skupina posunie odpor v primárnom vinutí transformátora a druhá skupina posunie odpory obmedzujúce prúd inštalované pozdĺž napájacích zberníc za hlavné sekundárne výkonové kondenzátory:

Obrázok 65. Najoptimálnejšie využitie skupín kontaktov relé.

Ako doplnková služba môže tento obvod monitorovať aj technický stav C1 (Obrázok 64) a ak sa jeho kapacita „vyschnutím“ zníži, zariadenie ani neumožní napájanie výkonového zosilňovača. Tu však budete musieť pridať presne ten istý obvod na monitorovanie technického stavu kondenzátorov záporného napájacieho ramena, avšak použitie operačného zosilňovača typu TL072 (2 operačné zosilňovače v jednom prípade) zníži počet použitých dielov.

Nakoniec zostáva zvážiť ešte jeden spôsob použitia operačných zosilňovačov, zvyčajne používaných vo vysokokvalitných výkonových zosilňovačoch, a jeho použitie konkrétne ako zosilňovača konštantného napätia.

Aby bolo jednosmerné napätie na výstupe výkonového zosilňovača čo najbližšie k nule, používajú sa integrátory - moduly, ktoré sledujú hodnotu jednosmerného napätia a na základe hodnoty jednosmernej zložky upravujú zosilňovač. režimov, čím sa úroveň jednosmerného napätia priblíži k nule. Zoberme si napríklad rovnaký Holtonov zosilňovač:

Obrázok 66. Schéma Holtonovho zosilňovača s vyrovnávacím zosilňovačom a integrátorom.

Výstupné napätie výkonového zosilňovača prechádza cez rezistor R49 ku kondenzátoru C21, ktorý odfiltruje premennú zložku signálu. Spätné diódy D12 a D13 zabraňujú prekročeniu vstupného napätia operačného zosilňovača a chránia ho pred preťažením. Ďalej sa napätie dostane na invertujúci vstup operačného zosilňovača X7 a porovná sa s nulou, ktorá sa privádza na neinvertujúci vstup operačného zosilňovača. Operačný zosilňovač je krytý hlbokým OOS, ale len striedavým napätím - je to kondenzátor C20, preto zosilňuje iba jednosmerné napätie, ktoré je privádzané z výstupu operačného zosilňovača cez rezistor R47 na vstup el. zosilňovač. Ak má výstup zosilňovača kladné konštantné napätie, potom integrátor na jeho výstupe generuje záporné napätie takej veľkosti, že napätie na výstupe zosilňovača sa rovná nule. Operačný zosilňovač integrátora porovnáva vstup napätie s nulou. Ak je výstup zosilňovača záporný, potom sa na výstupe operačného zosilňovača vytvorí kladné napätie, ktoré opäť vyrovnáva výstupné napätie samotného PA s nulou.

Zavedenie integrátora umožňuje presnejšie kontrolovať prítomnosť konštantnej zložky na výstupe zosilňovača a automaticky ju korigovať, čo umožnilo výrazne zvýšiť vstupný odpor samotného zosilňovača - na obrázku 25 sa R8 rovná 10 kOhm, hodnota tohto konkrétneho odporu bola na výstupe zosilňovača nastavená na nulu.

To sú vlastne všetky hlavné spôsoby využitia op-ampov v audiotechnike, ak si prídete na svoje – česť a chvála vám.

Dá sa samozrejme vyčítať, že nie sú spomenuté výkonné operačné zosilňovače, ktoré sa dajú použiť samostatne ako výkonové zosilňovače, napríklad TDA2030, TDA2050 atď. Ale toto je kontroverzná otázka. Na jednej strane sú to už integrované výkonové zosilňovače, ako samostatná vetva, na druhej strane sú pre ne vhodné všetky možnosti zapínania operačných zosilňovačov a rovnako ako operačné zosilňovače dokážu sčítať signály, meniť ich frekvenciu odozvy, môže fungovať ako komparátory a náklady na TDA2030 sú nižšie ako náklady na operačný zosilňovač alebo tranzistor a relé potrebné na ovládanie ventilátora, ale TDA2030 je schopný ovládať ventilátor počítača bez ďalších prvkov, nie iba jedného. , ale niekoľko, zapojených ako do série, so zvyšujúcim sa výkonom, tak aj paralelne - rozsah napájacích napätí umožňuje. Opäť platí, že veľkú väčšinu diskrétnych zosilňovačov možno považovať za operačné zosilňovače, pretože majú neinvertujúci vstup aj invertujúci vstup, a preto sa na ne celkom vzťahujú všetky zákony spätnej väzby operačných zosilňovačov. Zamyslite sa teda ďalej sami – TOTO BUDE KREATÍVNY PRÍSTUP.

Očakávajúc výčitku, že by bolo možné pridať malý referenčný list o najobľúbenejších operačných zosilňovačoch, odpoviem - takýto list je vo vývoji a objaví sa v polovici konca októbra ako príloha tohto článku.

Jedným z nedostatkov tohto článku je nedostatok fotografií a výkresov dosiek plošných spojov, sú tu však navrhnuté obvody, z ktorých niektoré boli zostavené do samostatných modulov pred viac ako dvadsiatimi rokmi, a ak je dnes inštalácia potrebná, sú jednoducho integrované priamo do dosky zariadenia a nepoužívajú sa ako samostatný modul. Dosky plošných spojov si teda navrhnite sami alebo ich hľadajte na.

Príloha k článku

Operačné zosilňovače sú rozdelené do niekoľkých kategórií, pričom najobľúbenejšie sú široko používané operačné zosilňovače, ktoré majú dobré parametre, no dnes sú považované za priemerné. Existujú presné operačné zosilňovače určené na použitie v meracích zariadeniach. A existuje jeden špeciálne pre audio zariadenia.

Ako sa líšia okrem ceny? Najprv schematický diagram. Zoberme si napríklad schému zapojenia široko používaného operačného zosilňovača TL071, ktorý sa považuje za zvuk:

Obrázok 1. Schéma operačného zosilňovača TL071

Obrázok 2. Schematický diagram operačného zosilňovača AD744

Okrem rozdielov v obvodoch sa tieto operačné zosilňovače navzájom líšia v použitých tranzistoroch - AD774 má rýchlejšie tranzistory, čo samozrejme ovplyvňuje frekvenciu zosilnenia jednoty. AD744 má frekvenciu jednotného zisku najmenej 13 MHz, zatiaľ čo TL071 má frekvenciu jednotného zisku 3 MHz. Majú tiež inú úroveň THD - pre AD744 je to 0,0003%, pre TL071 od Texas Instruments - 0,003% a pre TL071 od STMicroelectronics - 0,01% a nakoniec, v schéme zapojenia AD744 sú dva trimovacie odpory v generátor prúdu, áno, áno, presne tie ladiace. Mikroobvody samozrejme nemajú štrbiny na nastavenie. Tieto rezistory sa upravujú laserom po výrobe kryštálu operačného zosilňovača, kým sa nedosiahne optimálny prevádzkový režim diferenciálneho stupňa a ako výsledok sa dosiahne minimálna úroveň THD.

Aj bez hlbšieho ponorenia sa do ekonomiky by malo byť jasné, že náklady na operačné zosilňovače uvedené ako príklad sa budú líšiť niekoľkokrát, presnejšie, takmer 20-krát. Počiatočné parametre komponentov tiež vysvetľujú dominanciu trhu TL071 od STMicroelectronics, pretože tieto populárne operačné zosilňovače sa musia predávať za rovnakú cenu ako operačné zosilňovače od Texas Instruments – nie každý kupujúci vie vysvetliť rozdiel. Väčšina sa sústredí len na názov a nezaoberá sa tým, že rovnaké mikroobvody od rôznych výrobcov sa dokonca líšia presnosťou použitých rezistorov, o polovodičoch ani nehovoriac. Obrázok 3 zobrazuje schému zapojenia TL071 od STMicroelectronics, hodnoty pasívnych komponentov sa líšia od hodnôt zobrazených na obrázku 1:

Obrázok 3. Schematický diagram operačného zosilňovača TL071 od STMicroelectronics

Vzhľadom na to, že rozptyl parametrov rezistorov sa počíta od poslednej číslice a je zvyčajne 5%, zistíme, že rozptyl rezistorov v diferenciálnom stupni pre mikroobvod od STMicroelectronics Operačné zosilňovače od Analog Devices majú nasledujúce rozmery krytu:
Dĺžka tela SOIC_N (R8) 4 mm, šírka 5 mm, rozstup vývodu 1,27 mm, dĺžka vývodu viac ako 1 mm
MSOP (RM8) dĺžka tela 3 mm, šírka 3 mm, rozstup zvodov 0,65 mm, dĺžka zvodov menej ako 1 mm

Pre porovnanie, tabuľka obsahuje široko používaný operačný zosilňovač TL071 od rôznych výrobcov.
Použitie drahých operačných zosilňovačov pre zosilňovač má však zmysel iba vtedy, ak máte príslušné reproduktorové systémy a v prvom rade by ste nemali zabúdať na zdroj zvukového signálu.

Samozrejme, použitie dobrých operačných zosilňovačov v zosilňovači pracujúcom v spojení s priemernými reproduktormi a rozpočtovým zdrojom bude viditeľné, ale napriek tomu tento operačný zosilňovač nebude schopný úplne odhaliť všetky schopnosti - cesta musí plne zodpovedať zvolenú cenovú kategóriu.

Značky:

• OU

Článok o vytvorení zosilňovača, ktorého zapojenie a konštrukcia využíva netradičné technické riešenia. Projekt je neziskový.

O audio techniku ​​a počúvanie hudby som sa začal zaujímať už veľmi dávno, koncom 80-tych rokov a dlho som bol pevne presvedčený, že akékoľvek PA s nálepkou Sony, Technics, Revox atď. oveľa lepšie ako domáce zosilňovače a dokonca lepšie ako domáce zosilňovače, keďže západné značky majú technológiu, najkvalitnejšie diely a skúsenosti.

Všetko sa zmenilo po A.M. článku. Likhnitsky v časopise Audiomagazin č. 4(9) 1996, ktorý hovoril o vývoji a zavedení do výroby v 70. rokoch zosilňovača Brig-001, ktorého je autorom. Náhodou sa mi po krátkom čase dostal do rúk chybný Brig-001 z prvých čísel. S použitím výhradne originálnych domácich dielov zo 70. - 80. rokov som tento PA uviedol do pôvodného stavu, aby bolo možné čo najspoľahlivejšie posúdiť jeho zvukové schopnosti.

Zapojenie zosilňovača Brig-001 namiesto domáceho audiosystému Technics SU-A700 ma šokovalo - Brig znel oveľa lepšie, hoci parametrami bol skromnejší a bol o 20 rokov starší vlastnými rukami, schopný nahradiť ten štandardný v audio systéme, čo bolo urobené v roku 1998 hlavne na domácej elementárnej základni vojenskej akceptácie. Nové zariadenie nenechalo šancu na porovnávacie počúvanie so slávnejšími zosilňovačmi, akými sú modely strednej triedy NAD a Rotel, a bolo celkom presvedčivé aj v porovnaní so staršími bratmi. Projekt prešiel v roku 2000 ďalším vývojom v podobe dvojblokového PA podľa rovnakej schémy, ale s novým dizajnom a zvýšenou energetickou náročnosťou napájania. V cenovej kategórii do niekoľkých tisíc dolárov sa už porovnával s tranzistorovými a elektrónkovými zosilňovačmi a v mnohých prípadoch ich kvalitou zvuku predčil. Potom som si uvedomil ešte jednu vec – takmer o všetkom rozhoduje konštrukcia zosilňovača.

Analýzou výsledkov posluchových relácií, najmä s účasťou tých zosilňovačov, ktoré zneli lepšie ako môj dvojjednotkový PA, som dospel k záveru, že častejšie sa ukázali byť lepšie buď dobré elektrónkové konštrukcie alebo tranzistorové bez celkového OOS. . Boli medzi nimi aj PA s hlbokým OOOS, ktorých špecifikácie často uvádzali veľmi vysoké hodnoty rýchlosti prechodu výstupného napätia - 200 V/µs a vyššie. Tieto zariadenia boli spravidla drahé a ich obvody neboli verejne dostupné. Môj terminál mal tiež dosť hlboké OOOS, ale výkon bol v porovnaní s nimi nízky - asi 50 V/µs, pri porovnateľnom výstupnom napätí. Niekedy mu chýbala schopnosť plne sprostredkovať prirodzenosť tónov hudobných nástrojov a hlasov interpretov, ako aj emócie hudobníkov. Na niektorých skladbách bola prezentácia hudby zjednodušená, časť timbrálnej bohatosti bola skrytá za akýmsi tenkým sivým závojom. Toto je pravdepodobne to, čo sa nazýva „tranzistorový zvuk“, ktorý je súčasťou PA so spätnou väzbou.

Dôvody „tranzistorového“ zvuku v PA s OOOS boli opakovane diskutované na fórach, v knihách o dizajne obvodov a v publikáciách v časopisoch súvisiacich s touto témou. Jedna zo známych verzií, ktorej sa držím, je, že nízka výstupná impedancia zosilňovačov pokrytá všeobecnou spätnoväzbovou slučkou, meraná na sínusovom signále a aktívnej záťaži, vôbec nezostáva taká pri prehrávaní hudby na reproduktoroch, ktorý umožňuje spätným EMF signálom z dynamických hláv preniknúť z výstupu zosilňovača cez spätnoväzbové obvody na jeho vstup. Tieto signály nie sú odčítané OOOS, pretože sa už líšia tvarom a majú fázový posun v porovnaní s pôvodnými, takže sú bezpečne zosilnené a opäť vstupujú do reproduktorových systémov, čo spôsobuje dodatočné skreslenie a cudzie zvuky v audio ceste. Metódy boja proti tomuto účinku sa pravidelne diskutujú. Príklady zahŕňajú nasledujúce:

1. „False“ OOOS kanál, keď je jeho signál odoberaný z jedného z paralelne zapojených prvkov koncového stupňa, ktorý nie je pripojený k reproduktorom, ale je naložený na rezistor určitej hodnoty.

2. Zníženie výstupného odporu PA ešte pred dosiahnutím OOOS.

3. Zvýšenie rýchlosti v slučke OOOS na „kozmické“ rýchlosti.

Prirodzene, najefektívnejší spôsob, ako sa vysporiadať s artefaktmi OOOS, je vylúčiť ich z návrhu obvodu PA, ale moje pokusy vybudovať niečo, čo stojí za to bez OOOS na tranzistoroch, neboli korunované úspechom. Začínať od nuly v oblasti elektrónkovej audiotechniky som už pre seba považoval za nepraktické. Metóda z bodu „1“ vyvolala veľa otázok, a tak som začal experimentovať so zvýšením rýchlosti vo vnútri spätnej väzby, berúc do úvahy bod „2“. Chcel by som okamžite upozorniť na skutočnosť, že rýchlosť nárastu výstupného napätia, dostatočná na to, aby zosilňovač správne reprodukoval útok zvuku hudobných nástrojov, je relatívne malá hodnota a jej ultra vysoké hodnoty sú relevantné len vo vzťahu k prevádzke OOO.

Je jasné, že v zosilňovačoch so všeobecnou spätnoväzbovou slučkou nie sú všetky problémy vyriešené zvýšením rýchlosti otáčania, ale hlavnou myšlienkou bolo nasledovné, pričom všetky ostatné parametre sú rovnaké: čím vyššia je rýchlosť vnútri spätnoväzbovej slučky, tým rýchlejšie „chvosty“ signálov, ktoré nie sú kompenzované spätnou väzbou, budú slabnúť a čo by mala byť určitá hranica pre ich vnímateľnosť sluchom, berúc do úvahy zníženie trvania artefaktov so zvyšujúcim sa výkonom. Pohybujúc sa týmto smerom som veľmi rýchlo narazil na problém priblíženia sa aspoň k baru 100 V/μs v PA pomocou diskrétnych prvkov - ak boli v obvode kaskády na výkonných tranzistoroch, všetko sa ukázalo byť oveľa zložitejšie. V zosilňovačoch s napäťovou spätnou väzbou sa vysoký výkon nijako „nespojil“ so stabilitou a v PA s TOC (s prúdovou spätnou väzbou) nebolo možné bez použitia integrátora získať prijateľnú úroveň konštantného napätia pri výstup, aj keď všetko bolo v poriadku s rýchlosťou v poriadku a problémy so stabilitou boli vyriešené. Integrator podla mna nemeni zvuk k lepsiemu, takze som sa bez neho naozaj chcel zaobist.

Situácia bola prakticky slepá ulička a nie prvýkrát sa objavili myšlienky, že ak vytvoríte výkonový zosilňovač s napäťovou spätnou väzbou, potom pomocou topológie predzosilňovača alebo telefónneho zosilňovača by bolo oveľa jednoduchšie ho urobiť vysokým -rýchlosť, širokopásmové pripojenie, stabilné a bez integrátora, čo by sa podľa mňa malo pozitívne prejaviť na kvalite zvuku. Ostávalo už len vymyslieť, ako to zrealizovať. Takmer 10 rokov neexistovalo žiadne riešenie, ale počas tejto doby sa uskutočnil domáci výskum s cieľom študovať vplyv rýchlosti nárastu výstupného napätia vo všeobecnej spätnoväzbovej slučke na kvalitu zvuku, pre ktorú bol vytvorený prototyp umožňujúci testovanie. rôznych kompozitných zosilňovačov s použitím operačných zosilňovačov.

Výsledky môjho „výskumu“ boli nasledovné:

1. Rýchlosť a šírka pásma kompozitného zosilňovača by sa mala zvyšovať od vstupu k výstupu.

2. Korekcia je len jednopólová. V obvodoch OOS nie sú žiadne kondenzátory.

3. Pri zosilňovači s maximálnym výstupným napätím 8,5 V RMS s hĺbkou OOOS okolo 60 dB sa citeľný nárast kvality zvuku objavuje niekde v rozmedzí 40-50 V/μs a potom bližšie k 200 V/ μs, keď zosilňovač prakticky prestane byť „počuteľný“ OOOS.

4. Nad 200 V/μs nebolo pozorované žiadne badateľné zlepšenie, ale napríklad pre PA s výstupným napätím 20 V RMS je na dosiahnutie rovnakého výsledku už potrebných 500 V/μs.

5. Vstupné a výstupné filtre, ktoré obmedzujú pásmo PA, neznejú najlepšie, aj keď je medzná frekvencia výrazne vyššia ako horná hranica zvukového rozsahu.

Po neúspešných experimentoch s PA založenými na diskrétnych prvkoch sa môj pohľad obrátil na vysokorýchlostné operačné zosilňovače a integrované vyrovnávacie pamäte, ktoré majú najvyšší výstupný prúd. Výsledky vyhľadávania boli sklamaním - všetky zariadenia s vysokým výstupným prúdom sú beznádejne „pomalé“ a vysokorýchlostné zariadenia majú nízke prípustné napájacie napätie a nie príliš vysoký výstupný prúd.

V roku 2008 sa náhodou na internete našiel dodatok k špecifikácii pre integrovanú vyrovnávaciu pamäť BUF634T, kde samotní vývojári prezentovali obvod kompozitného zosilňovača s tromi takýmito paralelne zapojenými výstupnými vyrovnávacími pamäťami (obr. 1) - vtedy že prišiel nápad navrhnúť PA s veľkým počtom takýchto nárazníkov vo výstupnom štádiu.

BUF634T je širokopásmová (až 180 MHz), ultrarýchla (2000 V/µs) vyrovnávacia pamäť paralelného opakovača s výstupným prúdom 250 mA a kľudovým prúdom až 20 mA. Jeho jedinou nevýhodou, dalo by sa povedať, je nízke napájacie napätie (+\- 15 V nominálne a +\- 18 V – maximálne prípustné), čo obmedzuje amplitúdu výstupného napätia.

Nakoniec som sa rozhodol pre BUF634T, keď som sa zmieril s nízkym výstupným napätím, keďže som bol úplne spokojný so všetkými ostatnými charakteristikami buffera a jeho zvukovými vlastnosťami a začal som navrhovať PA s maximálnym výstupným výkonom 20 W/ 4 Ohm.

Obr.1

Voľba počtu prvkov koncového stupňa viedla k získaniu PA pracujúceho v čistej triede A do 8 Ohmovej záťaže a zaisteniu prúdových režimov prvkov koncového stupňa ďaleko od maxima. Požadované množstvo bolo určené na 40+1. Pre dodatočnú 41. vyrovnávaciu pamäť bol stanovený minimálny pokojový prúd - iba 1,5 mA a bol určený na použitie na vykonanie prvého spustenia dizajnu ešte pred inštaláciou radiátorov, ako aj na účely vykonania nejaké úpravy a experimenty v komfortnejších podmienkach. Neskôr sa ukázalo, že to bol veľmi dobrý nápad.

Ako je známe, paralelné zapojenie integrovaných obvodov nevedie k zvýšeniu celkovej hladiny hluku a Kg, ale zníži sa vstupná impedancia takéhoto modulu a zvýši sa jeho vstupná kapacita. Prvý nie je kritický: vstupná impedancia BUF634T je 8 MOhm, a preto celková hodnota nebude nižšia ako 195 kOhm, čo je viac než prijateľné. So vstupnou kapacitou nie je situácia taká ružová: 8 pF na buffer dáva 328 pF z celkovej vstupnej kapacity, čo je už značná hodnota a negatívne ovplyvní činnosť swingového op-amp (obr. 1). Aby sa globálne znížila výstupná impedancia ovládača posledného stupňa, pred ním bol predstavený ďalší operačný zosilňovač, pokrytý vlastnou slučkou OOS. Obvod sa tak rozrástol na trojitý kompozitný zosilňovač, v ktorom však boli splnené všetky body výsledkov mojej „výskumnej práce“. Po mnohých experimentoch sa určilo zloženie kompozitného zosilňovača: AD843 nahradil vstupný operačný zosilňovač a výkonný vysokorýchlostný operačný zosilňovač AD811 s prúdovou spätnou väzbou slúžil ako výstupná vyrovnávacia pamäť. vodičský stupeň. Aby sa zaručil požadovaný výkon PA (nad 200 V/μs), zisk AD811 bol zvolený rovný dvom, čo v ideálnom prípade zdvojnásobilo dostupných 250 V/μs AD843 a umožnilo nám dúfať, že s príslušnými obvodmi a úspešnom návrhu by bolo možné zachovať požadovanú hodnotu výstupného napätia rýchlosti pre celý obvod PA. Pri pohľade do budúcnosti konštatujem, že očakávania boli opodstatnené - skutočná hodnota tohto parametra s výstupnými buffermi bola vyššia ako 250 V/µs.

Všeobecný obvod zosilňovača prešiel pri nastavovaní a dolaďovaní mnohými zmenami, preto hneď predstavím finálnu verziu, ktorá obsahuje všetky korekcie a vylepšenia (obr. 2).

Ryža. 2

Konštrukcia je jednoduchá - vstupný volič, regulátor hlasitosti, napäťový zosilňovač, vyrovnávací zosilňovač pre záznam na magnetofón, koncový stupeň a ochranné relé, ktoré je ovládané optoelektronickým obvodom na oneskorenie pripojenia reproduktorov a ochranu. ich z jednosmerného napätia (obr. 3). Kvôli kompaktnosti sú nárazníky a sprievodné odpory kombinované do 10 kusov, ale číslovanie dielov je zachované v plnom rozsahu. Ako je možné vidieť na obr. 2, kontaktná skupina ochranného relé UM (K6) nie je zahrnutá v obvode prenosu zvuku a uzatvára výstup voči zemi počas prechodných procesov alebo možných núdzových situácií.

Ryža. 3

Pre BUF634T takéto zaradenie nie je nebezpečné, najmä preto, že všetky vyrovnávacie pamäte majú na výstupe odpor 10 Ohm. Aby sa predišlo strate stability zosilňovača v dôsledku skratu k zemi rezistora OOOS (R15), súčasne s činnosťou relé K6, relé K5 sa tiež uzavrie, čím sa vytvorí dočasný obvod OOOS budiaceho stupňa cez odpor R14. Ak sú hodnoty rezistorov R14 a R15 rovnaké, potom počas prevádzky ochrany nie sú žiadne cudzie kliknutia v reproduktoroch, aj keď sú citlivejšie ako 100 dB.

Stojí za zmienku, že prvý rok prevádzky zosilňovač spoľahlivo fungoval bez relé K5 aj bez dočasného obvodu OOS s R14, ale prenasledovala ma samotná možnosť samobudenia počas prevádzky ochrany, takže tieto dodatočné prvky boli predstavené. Mimochodom, zosilňovač funguje skvele bez pokrytia koncového stupňa obvodom OOOS. Môžete odstrániť odpor R15, relé K5 a použiť odpor R14 na uzavretie spätnej väzby v OSN, čo som urobil ako experiment. Zvuk sa mi páčil menej - možno je to možnosť, kde získame viac výhod ako nevýhod z použitia ultrarýchlej spätnej väzby.

Diagram tiež ukazuje, že jeden zo 4 vstupov (vstup CD) prepína PA do režimu zosilňovača jednosmerného prúdu (DCA) a funkcia „Tape Monitor“ je implementovaná zo vstupu LP (prehrávač vinylových diskov) bez ďalších kontaktných skupín v priechod signálu obvodu. Som fanúšikom analógového nahrávania, takže som to urobil len pre seba. Ak audio systém nemá analógové zariadenia na záznam zvuku, blokovanie operačného zosilňovača IC1 možno odstrániť.

Diagram nezobrazuje blokovacie kondenzátory napájania - pre pohodlie budú zobrazené na schéme napájania.

Ideológia tohto zosilňovača je výrazne odlišná od klasického a je založená na princípe prúdového oddelenia - každý prvok koncového stupňa pracuje nízkoprúdovo, vo veľmi komfortnom režime, avšak dostatočný počet týchto prvkov, zapojených v paralelný, môže poskytnúť tomuto 20-wattovému zosilňovaču maximálny zaťažovací prúd viac ako 10 A nepretržite a až 16 A v impulze. Koncové stupne sú teda počas počúvania zaťažené v priemere najviac o 5-7%. Jediným miestom v zosilňovači, kde môžu pretekať veľké prúdy, sú dve medené zbernice na doske PA vedúce k reproduktorovým svorkám, kde sa výstupy všetkých BUF634T každého kanála zbiehajú.

V rámci rovnakej ideológie bol vyvinutý aj napájací zdroj PA (obr. 4) - v ňom všetky výkonové prvky pracujú aj s relatívne malými prúdmi, ale je ich tiež veľa a v dôsledku toho je celkový výkon napájacieho zdroja je 4-krát vyšší ako maximum spotrebované zosilňovačom. Napájací zdroj je jedna z najdôležitejších častí v zosilňovači, ktorá z môjho pohľadu stojí za zváženie podrobnejšie. Zosilňovač je postavený technológiou „dual mono“ a preto obsahuje na doske dva nezávislé napájacie zdroje pre signálové obvody, plne stabilizované, s výkonom 150 W každý, samostatné stabilizátory pre zosilňovač napätia, ako aj napájací zdroj pre poskytovanie servisu. funkcií, napájaný samostatným sieťovým transformátorom 20W. Všetky transformátory napájacej siete sú navzájom fázované - pri výrobe transformátorov boli označené vodiče začiatku a konca primárneho vinutia.

Ryža. 4

Výkonová časť každého kanála je rozdelená do 4 bipolárnych vedení, čo umožnilo znížiť zaťažovací prúd každého stabilizátora na hodnotu iba 200 mA a zvýšiť úbytok napätia na nich až na 10 V. V tomto režime je dokonca jednoduché integrované stabilizátory ako LM7815 a LM7915 sa osvedčili ako vynikajúce pri napájaní audio reťazcov. Bolo možné použiť „pokročilejšie“ mikroobvody LT317 a LT337, ale k dispozícii bolo veľa originálnych LM7815C a LM7915C od Texas Instruments s výstupom 1,5 A, čo určovalo výber. Celkovo je napájanie signálových obvodov zosilňovača zabezpečené pomocou dvadsiatich takýchto integrovaných stabilizátorov - 4 pre UN a 16 pre VK (obr. 4). Každý pár stabilizátorov výkonovej časti napája 10 ks. BUF634T. Jeden pár stabilizátorov pre UN je zaťažený kombináciou AD843+AD811 jedného kanálu. RC obvod (napríklad R51, C137) pred stabilizátormi OSN má dvojaký účel: chráni usmerňovač pred nárazovým prúdom pri zapnutí napájania PA a vytvára filter s medznou frekvenciou pod okrajom audio rozsah (asi 18 Hz), čo citeľne znižuje amplitúdu usmerneného zvlnenia napätia a úroveň iného rušenia, čo je dôležité pre vstupné stupne.

Ďalšou vlastnosťou zdroja je, že prevažná časť všetkých filtračných kondenzátorov (160 000 µF z 220 000 µF) je umiestnená za stabilizátormi, čo umožňuje v prípade potreby dodávať do záťaže vysoký prúd. To si však vyžiadalo zavedenie systému mäkkého štartu „Soft Start“ na ochranu stabilizátorov pri zapnutí zosilňovača a počiatočného nabitia kapacity batérie. Ako je možné vidieť na obr. 4, Soft Start je implementovaný celkom jednoducho, na jednom tranzistore (VT1), ktorý s oneskorením (asi 9 s) spája nízkoprúdové relé K10, ktoré zase obsahuje 4 vysokoprúdové relé K11-K14 so štyrmi skupinami kontaktov v každom, uzatvárajúcich 16 prúdových obmedzujúcich odporov s nominálnou hodnotou 10 ohmov (napríklad R20, R21). To znamená, že keď je zosilňovač zapnutý, maximálny špičkový prúd každého stabilizátora je prísne obmedzený na 1,5 A, čo je jeho normálny prevádzkový režim. V primárnom okruhu 220 V nepoužívam „Soft Start“ - v prípade prerušenia odporu obmedzujúceho prúd alebo straty kontaktu na spájkovacích bodoch jeho vodičov sú možné vážne následky pre celý PA.

Pre servisné funkcie je napájacia jednotka zodpovedná za pripojenie sieťového napätia k hlavným transformátorom (relé K8), napájanie komponentov systému Soft Start a relé voliča vstupov, ktorého napájacie napätie je mimochodom tiež stabilizované. . Implementovaný je aj výstup +5 V pripojený do konektora na zadnom paneli PA - to je už akýsi štandard v mojich zosilňovačoch pre súčasné zapnutie akýchkoľvek externých jednotiek. Tento zosilňovač môže dobre fungovať ako zariadenie na spínanie zosilnenia (predzosilňovač) napríklad pre výkonnejšie monobloky, ktoré sa zapnú, keď sa na ne privedie riadiace napätie +5 V.

Ako prvý bol zostrojený napájací zdroj zosilňovača, keďže ďalší pokrok vo vývoji si vyžadoval prítomnosť plnohodnotného napájacieho zdroja, aby bolo možné prvé spustenie, experimenty a konfiguráciu vykonávať v režime blízkom skutočným prevádzkovým podmienkam. Po úspešnom spustení všetkých výkonových obvodov bol na PA doske zmontovaný vstupný volič, meškanie zapnutia a ochrana reproduktorov, ako aj kompozitný zosilňovač s jedným BUF634T (BUF41) na výstupe ako konečný stupeň. Ako už bolo spomenuté vyššie, táto 41. vyrovnávacia pamäť má nízky pokojový prúd a nevyžaduje inštaláciu na radiátor, no slúchadlá sa teraz dali jednoducho pripojiť k výstupu zosilňovača, čo spolu s meraním umožnilo aj sluchové ovládanie. Po dokončení odladenia obvodu s jedným výstupným bufferom v každom kanáli ostávalo už len prispájkovať zvyšných 80 kusov. a uvidíš, čo z toho vzíde. Nemal som žiadne záruky pozitívneho výsledku a ani nemohlo existovať - ​​neboli žiadne informácie o úspešne realizovaných podobných projektoch inými developermi. Pokiaľ viem, v Rusku ani v zahraničí neexistujú žiadne návrhy založené na paralelných operačných zosilňovačoch s podobným výkonom.

Výsledok bol stále pozitívny. Keďže bol zosilňovač zostavený na pevnom šasi z hliníkových tyčí, kde boli všetky spínacie konektory napevno (foto 1), bolo možné ho pripojiť k audiosystému bez krytu. Prvé konkurzy sa začali, ale o tom trochu neskôr - najprv uvediem niektoré parametre:

Fotografia 1

Výstupný výkon: 20W/4ohm, 10W/8ohm (trieda A)

Šírka pásma: 0 Hz – 5 MHz (vstup CD)

1,25 Hz – 5 MHz (vstupy AUX, páska, LP)

Rýchlosť nábehu výstupného napätia: viac ako 250 V/µs

Zisk: 26dB

Výstupná impedancia: 0,004 ohm

Vstupná impedancia: 47 kOhm

Vstupná citlivosť: 500 mV

Odstup signálu od šumu: 113,4 dB

Príkon: 75 W

Výkon zdroja: 320 W

Celkové rozmery, mm: 450x132x390 (bez výšky nôh)

Hmotnosť: 18 kg

Na základe parametrov, bez toho, aby sme sa čo i len pozreli na obvod, je zrejmé, že zosilňovač nemá vstupné a výstupné filtre, ako aj externé frekvenčné korekčné obvody. Za zmienku však stojí, že je stabilný a funguje skvele aj s netienenými prepojovacími káblami. Oscilogram štvorcovej vlny 2 kHz 5V/div pri zaťažení 8 Ohmov pri takmer maximálnej úrovni výstupného napätia je v tomto smere celkom informatívny (foto 2).

Fotografia 2

Z môjho pohľadu je to dané správnym zapojením „zemných“ vodičov, ako aj ich veľkým prierezom: od 4 mm2. do 10 mm2. (vrátane dráh na doskách plošných spojov).

Existujú oscilogramy nasnímané pri frekvenciách 10 kHz, 20 kHz a 100 kHz, ale testy na vysokých frekvenciách boli vykonané s nízkou úrovňou signálu, takže prítomnosť vysokoimpedančného ovládača hlasitosti na vstupe, ako aj RC Zobel obvod na výstupe PA, ktorý bol v tom čase ešte prítomný, už ovplyvňoval (obdĺžnikový 100 kHz 50 mV/div - foto 3).

Fotka 3

Hneď pri prvom počúvaní v domácom audiosystéme bolo jasné, že zariadenie znie a že je načase si objednať puzdro, aby ste s ním mohli vyraziť na turné :) Od ukončenia prác na projekt a prvé počúvanie. Počas tejto doby sa uskutočnili desiatky (podľa hrubých odhadov viac ako 70) porovnávacích posluchových testov zosilňovača s exkluzívnymi elektrónkovými a tranzistorovými PA od známych výrobcov, ako aj s proprietárnymi dizajnmi na vysokej úrovni. Na základe získaných odborných posudkov môžeme konštatovať, že zosilňovač nie je v prirodzenosti zvuku horší ako väčšina počúvaných push-pull a jednopólových elektrónkových a tranzistorových zosilňovačov postavených bez použitia negatívnej spätnej väzby, ale často ich výrazne predčí v hudobnom rozhodnutie. Mnohí milovníci elektrónkového zvuku a prívrženci jednocyklových PA bez OOS si všimli, že v tomto dizajne práca negatívnej spätnej väzby prakticky nie je „počuteľná“ a prítomnosť výstupných stupňov push-pull v obvode „nedáva žiadnu indikáciu“ .

Zosilňovač bol napojený na rôznu akustiku - patrili sem reproduktory od známych ruských výrobcov: Alexander Klyachin (modely: MBV (MBS), PM-2, N-1, Y-1), horn reproduktory od Alexandra Knyazeva, regálové reproduktory na profesionálne reproduktory Tulip Acoustics, Reproduktory zahraničných značiek stredných a vyšších cenových kategórií: Klipsh, Jamo, Cerwin Vega, PBN Audio, Monitor Audio, Cabasse a mnohé ďalšie, s rôznou citlivosťou a vstupnou impedanciou, viacpásmové so zložitými a jednoduchými výhybkovými filtrami, širokopásmové bez výhybkových filtrov, reproduktory s rôznym akustickým dizajnom. Neboli identifikované žiadne konkrétne preferencie, ale PA sa najlepšie prejaví na podlahovej akustike s úplným nízkofrekvenčným rozsahom a prednostne vyššou citlivosťou, pretože výstupný výkon je nízky.

V počiatočnom štádiu neboli konkurzy organizované za účelom „športového“ záujmu - ich hlavnou úlohou bolo identifikovať akékoľvek artefakty vo zvuku, ktoré by sa mohli pokúsiť opraviť. Veľmi poučné a užitočné posluchové relácie z tohto pohľadu boli v audio systéme Alexandra Klyachina, kde bola jedinečná možnosť zhodnotiť zvuk zosilňovača na 4 rôznych modeloch reproduktorov naraz a mne sa jeden z týchto reproduktorov zapáčil (Y -1) natoľko, že sa čoskoro stali súčasťou mojich domácich audio systémov (foto 4). Prirodzene, bolo veľmi príjemné získať vysoké hodnotenie môjho produktu a niekoľko pripomienok od audio experta s rozsiahlymi skúsenosťami.

Fotografia 4

Audio systém slávneho majstra ruského Hi-End Jurija Anatoljeviča Makarova (foto 5, PA počas počúvania), zabudovaný v špeciálne vybavenej posluchovej miestnosti a vo všetkých ohľadoch referenciou, urobil veľké úpravy dizajnu tohto zosilňovača: Zobelov obvod bol odstránený z výstupu PA a hlavný vstup premostený cez izolačný kondenzátor. V tomto audio systéme môžete počuť všetko a ešte viac, takže je ťažké preceňovať jeho prínos a radu Jurija Anatolyeviča v procese dolaďovania zvuku zosilňovača. Zloženie jeho audiosystému: zdroj – transport a DAC so samostatným napájaním Mark Levinson 30.6, reproduktory Montana WAS od PBN Audio, nekompromisný jednokoncový elektrónkový zosilňovač „Emperor“ a všetky protifázové káble navrhnuté Yu.A. Makarova. Spodná medzná frekvencia reproduktora Montana WAS 16 Hz (-3 dB) umožnila vyhodnotiť „príspevok“ väzobného kondenzátora, a to pomerne kvalitného (MKP Intertechnik Audyn CAP KP-SN), k skresleniu nízkofrekvenčného rozsahu hudobného signálu a najvyššiemu hudobnému rozlíšeniu audio systému - počuť negatívny dopadový výstupný filter v podobe R-C Zobel obvodu, ktorý nemal žiadny vplyv na stabilitu audiosystému. zosilňovač a bol čoskoro odstránený z dosky. Pripojenie externých nízkoohmových ovládačov hlasitosti od 100 Ohm do 600 Ohm (štandardný RG bol nastavený na maximálnu polohu) mi umožnilo pochopiť skutočnosť, že aj kvalitný diskrétny regulátor DACT 50 kOhm používaný v mojom zosilňovači by bolo dobré nahradiť nižšia hodnota (z externých pripojených sa mi zdala najlepšia 600 Ohmová RG), ale na to by bolo potrebné veľa prerobiť a bolo rozhodnuté implementovať toto a ďalšie nahromadené vylepšenia. nový projekt.

Fotografia 5

Za zmienku zrejme stojí účasť zosilňovača na výstave v roku 2011 (foto 6), ako jediný nekomerčný projekt, o ktorom bol materiál publikovaný v časopise Stereo&Video v januári 2012, kde bol zosilňovač označený za „objav roka“. Ukážka bola vykonaná s reproduktormi Tulip Acoustics, ktoré majú citlivosť 93 dB s odporom 8 ohmov a napodiv, dostupných 10 W/8 ohmov postačovalo vo veľkej sále s vysokou úrovňou hluku v pozadí. 10 W zo zosilňovača v triede A, v ktorom je každý Watt výstupného výkonu dostatočne zabezpečený energetickou kapacitou zdroja, je podľa mojich pozorovaní subjektívne vnímaný hlasnejšie ako zvuk zosilňovača s vyšším výstupným výkonom, ale s konečnými fázami obsiahnutými na „holej spájke“.

Fotografia 6

Po výstave som dostával častejšie žiadosti prostredníctvom e-mailu a osobných správ z fór od tých, ktorí chceli projekt zopakovať, ale vyskytli sa určité ťažkosti - informačná podpora bola poskytnutá všetkým, ale moje tabule boli nakreslené na milimetrovom papieri, na oboch strany a neboli vhodné na skenovanie do súboru, pretože papier bol priesvitný a výsledkom bola takmer nečitateľná kresba. Bez hotovej dosky plošných spojov bolo opakovanie návrhu veľmi ťažké a nadšenie vyprchalo. Teraz na fóre portálu Vegalab. ru, Dostupná je elektronická verzia dosky, ktorej autorom je Vladimir Lepekhin z Ryazanu, známy špecialista na usporiadanie PCB na ruskojazyčných fórach. Doska je voľne dostupná, odkaz na ňu je v prvom príspevku témy o tomto zosilňovači. Je veľmi ľahké nájsť tému: stačí zadať frázu „Zosilňovač Prophetmaster“ do vyhľadávacieho panela Yandex alebo iného vyhľadávacieho programu. Práve na tejto nástenke bol jeden z účastníkov fóra Vegalab- Sergejovi z Gomelu (Serg138) sa podarilo tento projekt zopakovať a dosiahnuť veľmi dobrý výsledok. Informácie o tejto implementácii PA a fotografie jej dizajnu nájdete aj v príslušnej téme, podľa odkazov v prvom príspevku.

Niekoľko tipov:

Pri výbere elektrolytických kondenzátorov som sa riadil vlastnými meraniami ESR a unikajúceho prúdu, preto som použil pôvodný Jamicon. Konkrétne som vložil slovo „originál“, pretože sú veľmi často falšované a mnohí sa už pravdepodobne stretli s nekvalitnými výrobkami pod značkou tohto výrobcu. Ale v skutočnosti sú to niektoré z najlepších kondenzátorov na použitie pri napájaní audio obvodov.

Ovládanie hlasitosti je nastavené na DACT 50 kOhm. Teraz by som zvolil ich najnižšie hodnotenie - 10 kOhm alebo použil reléový regulátor Nikitin s konštantným vstupným a výstupným odporom 600 Ohmov. RG typ ALPS RK-27 bude oveľa horší a neodporúča sa používať.

Celkovo je v elektrolytických bočníkoch inštalovaných viac ako 90 μF filmových kondenzátorov. Moje dosky majú „vintage“ Evox zo 70-tych rokov, ku ktorému som sa dostal náhodou, ale o nič horšie na tom nebudú polypropylénové Rifa PEH426, Wima MKP4, WimaMKP10.

Finder odporúčam na relé vo výkonovej časti, AC ochranu a pozvoľný štart a pre volič vstupu treba použiť len relé, ktoré majú v parametroch minimálny spínaný prúd. Existuje niekoľko modelov takýchto relé, ale existujú.

Domáce vysokorýchlostné usmerňovacie diódy KD213 (10 A) alebo KD2989 (20 A) pri napájaní koncového stupňa budú lepšie ako väčšina dovážaných.

Chcel by som poznamenať, že návrh obvodu zosilňovača je pomerne jednoduchý, ale na prácu s takýmito vysokorýchlostnými a širokopásmovými mikroobvodmi potrebujete príslušné zručnosti a meracie prístroje - generátor funkcií, osciloskop so šírkou pásma najmenej 30 MHz (najlepšie 50 MHz).

Na záver by som chcel povedať, že závery, ktoré som urobil na základe výsledkov experimentov, ako aj počas práce na tomto projekte a jeho následného spresňovania, si netvrdia, že sú absolútnou pravdou. Existuje pomerne veľa spôsobov, ako dosiahnuť cieľ, ktorým je v tomto prípade kvalitný zvuk, a každý z nich zahŕňa súbor opatrení, ktoré jednotlivo nemusia priniesť pozitívny výsledok. Preto v tejto oblasti neexistujú jednoduché recepty.

Fotografie zosilňovača na stránke dánskej spoločnosti DACT:

S pozdravom, Oleg Šamankov ( Prorokmajster)

KASKÁDY ZOSILŇOVAČOV ZALOŽENÉ NA OPAMP

1. Vlastnosti operačných zosilňovačov pokrytých zápornou napäťovou spätnou väzbou

Obrázok 8.1 ukazuje obvod operačného zosilňovača so spätnou väzbou.

Obrázok 8.1. Schéma na generovanie negatívnej spätnej väzby

Spätná väzba je tvorená okruhom Z O.C. , ktorý zabezpečuje návrat časti energie signálu z výstupu OU na jeho invertujúci vstup. Preto OS je negatívny. Keďže vstupný signál obvodu OS je napäťová spätná väzba. V tomto ohľade bude výstupná impedancia výsledného zosilňovača výrazne nižšia ako výstupná impedancia použitého operačného zosilňovača:

Z ochranu životného prostredia = Z výstupOU / (1 +  K ), (8.1)

Kde  – koeficient prevodu reťaze OS;

TO - zisk OP.

Teda relatívne malá hodnota výstupného odporu OU ešte viac klesá.

Vo vzťahu k signálu ( U vstup1 ), dodávaný na invertujúci vstup, výstup obvodu OOC ukazuje sa, že je pripojený paralelne a relatívne k signálu ( U vx2 ), dodávané na neinvertujúci vstup v sérii. Preto sa vstupné impedancie týchto dvoch zdrojov signálu môžu líšiť.

Zoberme si niekoľko ďalších výrazov, ktoré budú použité neskôr.

Pretože OP je diferenciálny zosilňovač, potom výstupné napätie

Kde .

Zvažujem to TO skvelé (ideálne OU TO ) a výstupné napätie je obmedzené (aspoň hodnotami napätia napájacieho zdroja, dostaneme:

Pre uzol v bode A dá sa napísať:

Ak R vstup  R OS (v ideálnom prípade OU R vstup  ), potom

V nasledujúcom texte sú okrem týchto vyjadrení získané na základe ukazovateľov ideality OU, Pri analýze jednotlivých obvodov budeme zanedbať nulové offsetové napätie ( U cm ), vstupné prúdy ( ja vstup ,  ja vstup ) a ich drifty.

2. Lineárne obvody

2.1. Invertujúci zosilňovač

Obrázok 8.2 ukazuje schému najjednoduchšieho invertujúci zosilňovač. Neinvertujúci vstup je uzemnený, t.j. je na nulovom napätí ( U vx2 Obrázok 8.1 sa rovná nule). Vstupný signál cez odpor R 1 dodávaný na invertujúci vstup . Operačný zosilňovač je krytý paralelnou zápornou napäťovou spätnou väzbou cez odpor R OS . Nájdime výraz pre zisk obvodu.

Obrázok 8.2. Invertujúci zosilňovač

V súlade s výrazom (8.3)

U A = U B = 0 (8.5)

Preto potenciál bodu A k prvej aproximácii sa rovná potenciálu spoločnej zbernice – „zem“. Preto sa tento bod nazýval „virtuálna zem“.

Pomocou získanej hodnoty nájdeme pre prúdy zahrnuté v (8.4)

. (8.7)

Porovnať ich a zohľadniť to TO = U von / U v, získame pre zisk invertujúceho zosilňovača

, (8.8)

kde znamienko mínus označuje zmenu fázy výstupného signálu oproti fáze vstupného signálu o 180 0 (výstupné napätie je v protifáze, inverzné, so vstupným napätím). V tomto ohľade, ak sa vstupný signál zvyšuje, potom sa zosilnený výstupný signál znižuje a naopak, klesajúci vstupný signál zodpovedá zvyšujúcemu sa výstupnému signálu. S podobným javom sme sa už stretli pri zvažovaní zosilňovačov OE, O A OI.

Z (8.8) je zrejmé, že invertujúci zosilňovač môže mať akékoľvek zosilnenie, aj väčšie ako jednota, aj menšie.

Paralelná záporná napäťová spätná väzba znižuje výstup (pozri (8.1)) a výstupnú impedanciu zosilňovača. Hodnota posledne menovaného, ​​na prvú aproximáciu, môže byť určená pomocou konceptu „virtuálnej Zeme“. Keďže napätie v bode A sa rovná nule, potom sa pre zdroj vstupného signálu „zdá“, že medzi jeho vstupmi je zapojený odpor R1 , t.j.

R v a nás = R 1 . (8.9)

Ako je uvedené v predchádzajúcej časti, úvod OOC rozširuje rozsah zosilnených frekvencií. Obrázok ukazuje logaritmickú amplitúdovo-frekvenčnú odozvu OU a invertujúci zosilňovač navrhnutý na základe toho OU.

Obrázok 8.3. Logaritmická amplitúda-frekvenčná odozva OU a invertujúci zosilňovač

Veľké faktory zisku originálu OU zodpovedajú veľmi úzkemu frekvenčnému rozsahu - od nuly do približne niekoľkých desiatok/stoviek hertzov.

Ploché zosilnenie invertujúceho zosilňovača sa rozširuje na hornú frekvenciu rovnajúcu sa:

2.2. Neinvertujúci zosilňovač

Zapojenie neinvertujúceho zosilňovača je znázornené na obrázku 8.4.

Obrázok 8.4. Neinvertujúci zosilňovač

Vstupný signál ide na neinvertujúci vstup OU cez rozdeľovač R2 , R3 . Priame vstupné napätie

Kde TO záležitostiach – deliaci faktor deliča R2 , R3 .

Invertujúci vstup OU uzemnený cez odpor R1 . Invertujúce vstupné napätie

.

Prirovnaním týchto napätí (na základe (8.3)) dostaneme

, (8.11)

V neinvertujúcom zosilňovači je výstupné napätie vo fáze so vstupom. Z (8.11) vyplýva, že zosilnenie neinvertujúceho zosilňovača môže byť menšie ako 1 len pri použití deliča s TO záležitostiach  1. Pri absencii vstupného deliča ( R 2 = 0; R 3   ) zisk je vždy väčší ako jednota.

Sériová záporná napäťová spätná väzba znižuje výstupnú impedanciu a zvyšuje vstupnú impedanciu celého zosilňovača. Výstupnú impedanciu invertujúceho zosilňovača v dôsledku negatívnej napäťovej spätnej väzby možno považovať za blízku nule, podobne ako pri invertujúcom zosilňovači (pozri 8.1).

Vstupná impedancia OU v dôsledku sériovej negatívnej spätnej väzby sa zvyšuje ešte viac ako vstupná impedancia OU diferenciálny signál. Jeho hodnota je určená odporom voči signálu spoločného režimu.

Ak existuje vstupný delič

R vstup = R 2 + R 3 . (8.12)

Amplitúdová-frekvenčná odozva neinvertujúceho zosilňovača je podobná frekvenčná odozva invertujúci zosilňovač (pozri obrázok 8.3).

2.3. Opakovače na báze operačného zosilňovača

Niekedy sa pri konštrukcii rôznych elektronických obvodov vyžadujú zosilňovacie stupne, ktoré majú (v absolútnej hodnote) faktory jednotkového zisku ( opakovače).

Najčastejšie je ich konštrukcia založená na neinvertujúcom obvode zosilňovača bez vstupného odporového deliča, ktorý poskytuje veľmi vysokú vstupnú impedanciu. Opakovač, podľa (8.11) na ( TO záležitostiach= 1) možno implementovať 3 spôsobmi (obrázok 8.5):

R OS = 0 (priame pripojenie výstupu na invertujúci vstup);

R 1 =  (prerušenie obvodu, v ktorom je zahrnutý R1 ) a nakoniec

R OS = 0 a súčasne R 1 = .

Obvod opakovača je najjednoduchšie implementovaný v treťom prípade (obrázok 8.5c), v praxi sa však používajú aj iné verzie neinvertujúcich zosilňovačov. Upozorňujeme, že hodnota zostávajúceho odporu v obvodoch na obrázkoch 8.5, a, b vôbec neovplyvňuje jednotný zisk zosilňovača.

Obrázok 8.5. Neinvertujúce opakovače na základe napätia OU

Opakovač napätia môžu byť navrhnuté aj na základe invertujúceho zosilňovača, ak sú v ňom zvolené odpory s rovnakým odporom (obrázok 8.2) R 1 = R OS .

2.4. Sčítačky na báze operačného zosilňovača

Adder je elektronické zariadenie, ktoré má niekoľko vstupov a jeden výstup, ktorého napätie je úmerné súčtu napätí všetkých vstupov. Takéto zariadenia sa používajú, keď je potrebné kombinovať signály z rôznych zdrojov v jednom kanáli (napríklad v mixéroch, overdubbing v technológii nahrávania zvuku atď.)

Sčítací obvod založený na OU je znázornené na obrázku 8.6. Má dva vstupy, ale viac ich možno použiť pripojením cez odpory k virtuálnemu uzemňovaciemu bodu A .

Obrázok 8.6. Adder onOU

Na určenie závislosti výstupného napätia od vstupného napätia používame princíp superpozície a výrazy (8.3) a (8.4):

,

Kde . (8,13)

Je vidieť, že vstupné signály sú sčítané s vlastnými váhovými koeficientmi - každý zo vstupných signálov je navyše vynásobený určitým koeficientom, ktorý určuje jeho príspevok k celkovému výstupnému signálu. Váhový koeficient je daný pomerom odporu rezistora v obvode OS na odpor rezistora v príslušnom vstupnom obvode. Sumácia sa vykonáva so zmenou znamienka (inverzia vstupných signálov). Ak naplníme vzťah R OS = R 1 = R 2 , potom je možné vykonať čistý súčet dvoch vstupných signálov. Len ak platí vzťah R 1 = R 2 , potom použite R OS Výsledné množstvo môžete ďalej škálovať.

2.4. Diferenčný zosilňovač založený na operačnom zosilňovači (subtrakčný zosilňovač)

Najjednoduchší diagram diferenciál zosilňovač ( odčítač) je znázornené na obrázku 8.7.

Obrázok 8.7. Diferenciálny zosilňovač preOU

Na základe princípu superpozície môžeme písať

(8.14)

Ak vzťah platí R 3  R 1 = R OS  R 2 , čo je ekvivalentné

potom sa (8.14) premení na

čo zodpovedá koncepcii diferenciálneho zosilňovača, kým výraz (8.14) popisuje diferenciálny (subtraktívny) zosilňovač s vlastnými váženými koeficientmi pre každý signál.

Treba si uvedomiť, že čím presnejšie bude splnený posledný vzťah (8.15), tým presnejšie bude zabezpečený rozdiel medzi dvoma vstupnými napätiami. Preto by sa pri navrhovaní diferenciálnych zosilňovačov mali používať vysokofrekvenčné a vysokostabilné odpory. Je jasné, že je jednoduchšie použiť štyri rovnaké odpory ( R 1 = R 2 = R 3 = R OS = R ) a potrebné dodatočné zosilnenie výsledného signálu je možné realizovať v nasledujúcich stupňoch. Na získanie obzvlášť presných diferenčných obvodov môže byť potrebné dodatočné nastavenie jedného z odporov. Môžeme predpokladať, že obmedzujúce zosilnenie zložky so spoločným režimom je určené KOSS OU, ktorý môže byť dosť malý (pozri časť 7).

Určitou nevýhodou diferenciálneho zosilňovača je, že vstupné impedancie diferenciálneho stupňa na dvoch vstupoch sa navzájom líšia.

Okrem toho, aby sa zabezpečil presný prevod, je potrebné obmedziť vnútorný odpor zdroja signálu alebo, čo je to isté, zvýšiť odpor všetkých odporov v diferenciálnom obvode.

Preto je v niektorých prípadoch potrebné použiť zložitejšie schémy DU. Radikálnym riešením týchto problémov je zapojenie opakovačov OU na každom vstupe, ale najlepšie je použiť dobrý obvod prístrojového zosilňovača.

2.5. Diferenciátor a integrátor založený na operačnom zosilňovači

Vo vstupnom obvode invertujúceho zosilňovača používame kondenzátor (obrázok 8.8a).

Obrázok 8.8. Diferenciátor a integrátor na základe OU

Je známe, že prúd prechádzajúci cez kapacitu sa rovná súčinu kapacity a derivácie rozdielu potenciálov na doskách kondenzátora. Berúc do úvahy (8.3), píšeme

(8.17)

Kde ja s – prúd vo vstupnom obvode prechádzajúci cez kondenzátor S .

Na základe (8.4) a (8.7) máme

Alebo , (8.18)

tie. výstupné napätie je „obrátený“ rozdiel vstupu s koeficientom úmernosti rovným ( R S ).

Vymeňme kondenzátor a odpor (obrázok 8.8b). Potom vykonaním akcií podobných tým predchádzajúcim dostaneme:

,

Integrácia ľavej a pravej strany tohto výrazu v priebehu času v rozsahu od 0 predtým t , nájdeme

, (8.19)

Kde U von 0 – napätie na výstupe obvodu pri t = 0.

Výstupné napätie je teda úmerné integrálu vstupného napätia.

Pretože U von 0 je tiež napätie, na ktoré sa kondenzátor nabíja v počiatočnom okamihu, to vytvára určité ťažkosti pri praktickej realizácii integrátorových obvodov - kondenzátor sa dobíja konštantným vstupným prúdom OU, čo v konečnom dôsledku vedie k nasýteniu. Aby sa predišlo tomuto javu, používajú sa dva spôsoby kontroly:

periodické vybíjanie kapacity v dôsledku uzavretia spínača TO , stojaci rovnobežne s kondenzátorom;

zabezpečenie podmienok, za ktorých je vstupný prúd OU by boli podstatne menšie ako prúdy spôsobené signálom.

2.5. Najjednoduchšie filtre založené na operačných zosilňovačoch

Vytvorme vstupný obvod invertujúceho zosilňovača z kondenzátora a odporu zapojených do série (obrázok 8.9a).

Obrázok 8.9. Na základe najjednoduchších filtrov OU

Ak zopakujeme všetky matematické transformácie, ktoré boli vykonané pre invertujúci zosilňovač, dostaneme

Pretože kapacitná reaktancia závisí od frekvencie signálu f

, (8.21)

potom sa veľkosť zosilnenia zníži so znižovaním frekvencie. O f = 0 TO fúzy = 0. Keď sa frekvencia zvyšuje, bude sa asymptoticky blížiť k hodnote zodpovedajúcej výrazu (8.8). Takto sa získa zariadenie frekvenčná odozvačo zodpovedá hornopriepustnému filtru ( HPF, Obrázok 8.10,a) prvého rádu.

Obrázok 8.10. Logaritmické amplitúdovo-frekvenčné charakteristiky aktívnych filtrov na základe OU: A - HPF, b – LPF, V - PF.

Nesmieme zabúdať, že skutočný filter bude mať rolloff frekvenčná odozva pri vysokých frekvenciách, čo je spôsobené vysokofrekvenčnými vlastnosťami použitého OP(pozri výraz (8.10)). Preto, aby príslušná štruktúra mohla efektívne vykonávať funkcie HPF je potrebné, aby horná frekvencia spracovávaného signálu f v s bolo podstatne menej f v OU .

Nižšia medzná frekvencia uvažovaného HPF o 3 dB roll-off level

Kondenzátor vedieme paralelne s rezistorom do spätnoväzbového obvodu invertujúceho zosilňovača (obrázok 8.9b). Použitím prístupov podobných predchádzajúcim získame

Kde . – odpor ekvivalentný paralelnému zapojeniu kondenzátora a odporu.

Ako sa frekvencia zvyšuje, odpor rezistora bude čoraz viac posúvaný klesajúcou reaktanciou kapacity. To povedie k zníženiu modulu odporu obvodu OS a v dôsledku toho k zníženiu modulu zisku. Keď frekvencia klesá, zisk sa asymptoticky priblíži k hodnote TO = R OS / R 1 . Preto obvod na obrázku 8.9b zodpovedá dolnopriepustnému filtru ( LPF) prvá objednávka.

Horná medzná frekvencia analyzovaného LPF o 3 dB roll-off level

Skutočná horná medzná frekvencia nemôže byť väčšia ako horná medzná frekvencia f v OU , čo je spôsobené vysokofrekvenčnými vlastnosťami použitého OP. Preto

Ak skombinujete tieto dva obvody, získate pásmový filter ( PF), dolné a horné medzné frekvencie budú určené súčinmi kapacity a odporu prvkov v zodpovedajúcich obvodoch (výrazy podobné (8.22) a (8.24)). Samozrejme, výpočty musia rešpektovať zrejmý vzťah

f v OU  f V  f n .

3. Nelineárne obvody

3.1. Úvodné poznámky

Na základe OU Zosilňovače s rôznymi nelineárnymi amplitúdovými charakteristikami sa dajú ľahko postaviť. Typicky sú takéto zosilňovače navrhnuté tak, aby korigovali nelinearitu charakteristík rôznych senzorov používaných v riadiacich, monitorovacích a meracích systémoch. Napríklad, ak má prenosová charakteristika snímača tvar krivky 1 na obrázku 8.11, potom v prípade ideálneho zosilňovača sa výstupný signál zmení podľa rovnakého zákona, čo je často neprijateľné. Preto je vhodné zaviesť do zosilňovača spoj, ktorý má amplitúdovú (prenosovú) charakteristiku inverznú k charakteristike použitého snímača (krivka 2 , kresba). Je zrejmé, že v tomto prípade bude mať výstupný signál lineárnu závislosť od vstupnej meranej charakteristiky (priamka 3).

Obrázok 8.11. Prenosové charakteristiky snímača (a) a korekčného zosilňovača (b)

V niektorých prípadoch je potrebné vyriešiť inverzný problém - získať prenosovú charakteristiku, ktorá sa mení podľa nejakého daného zákona.

Tieto problémy možno vyriešiť pomocou nelineárnych schém založených na OU.

3.2. Logaritmický zosilňovač

Logaritmický zosilňovač má nelineárnu amplitúdovú charakteristiku (obrázok 8.12), ktorá zodpovedá logaritmickej závislosti výstupného napätia na vstupe U von = log (U vstup ) . Takýto zosilňovač sa niekedy používa v prípadoch, keď je potrebné znížiť dynamický rozsah zosilnených signálov, pretože zosilňuje signály s malou amplitúdou s väčším ziskom ako signály s veľkou amplitúdou.

Obrázok 8.11. Amplitúdová odozva logaritmického zosilňovača

Logaritmický zosilňovač je zvyčajne založený na invertujúcom zosilňovači OU, v ktorom sa ako spätnoväzbový prvok používa nelineárny prvok s logaritmickou charakteristikou prúdového napätia - dióda (obrázok 8.12a).

Obrázok 8.12. Logaritmické (a) a antilogaritmické (b) zosilňovače založené na OU

Pripomíname, že závislosť prúdu diódy ja d od poklesu napätia na ňom U d je opísaná výrazom

,

Kde ja 0 – tepelný prúd diódy;  T – teplotný potenciál (približne rovný 0,025 V).

Na základe (8.3) a (8.4) máme

ja d = ja vstup = U vstup / R A U von = – U d ,

Kde . (8,26)

3.3. Anti-log zosilňovač

Antilogaritmický (exponenciálny) zosilňovač má inverznú logaritmickú prenosovú charakteristiku. Na získanie takýchto obvodov stačí vymeniť diódu a odpor v danom logaritmickom obvode zosilňovača (obrázok 8.12b). Závislosť výstupného napätia od vstupného napätia je podobná predchádzajúcej. Z (8.3) a (8.4) máme:

ja vstup = ja d = ja OS ; U d = U vstup ; U von = – ja OS * R = – ja d * R ,

Kde - U d . (8.27)

3.4. Funkčné zosilňovače

Funkčný zosilňovač je univerzálny obvod, pomocou ktorého môžete realizovať akúkoľvek závislosť výstupného napätia na vstupe. Myšlienkou funkčného zosilňovača je reprezentovať požadovanú nelineárnu závislosť výstupného a vstupného napätia vo forme po častiach lineárnej aproximácie a zostrojiť zosilňovací obvod, ktorého zisk závisí od vstupného alebo výstupného napätia. Obrázok 8.13 zobrazuje požadovanú nelineárnu charakteristiku a jej aproximáciu pomocou priamych úsečiek.

Obrázok 8.13. Po častiach lineárna aproximácia nelineárnej amplitúdovej odozvy zosilňovača

Obrázok ukazuje, že v oblasti od 0 predtým U vstup1 zosilňovač musí mať zisk TO 1 v ďalšej časti, od U vstup1 predtým U vx2 - zisk TO 2 atď. Veľkosť týchto ziskov TO 1 , TO 2 atď. sa dajú ľahko určiť z požadovaného typu aproximačnej charakteristiky:

. (8.28)

Základom pre funkčný zosilňovač je zvyčajne obvod invertujúceho zosilňovača založený na OU(Obrázok 8.14).

Obrázok 8.14. Funkčný zosilňovač

V prvej časti v rámci 0 predtým U vstup1 , zisk takéhoto zosilňovača (ignorovanie znamienka) je určený pomerom odporu R 1 A R OS :

Ak, keď sa vstupné napätie zvýši nad U vstup1 , zisk TO 2 by sa mala zvýšiť (ako je znázornené na obrázku 8.13), potom je potrebné znížiť odpor odporu R 1 aby sa zisk vyrovnal TO 2 (ak zisk TO 2 klesá, je potrebné zmeniť odpor rezistora R OS , v tomto prípade sú následné zmeny v obvode a výrazy pre výpočet parametrov ľahko odvodené podobným spôsobom). Nová hodnota odporu vstupného odporu invertujúceho zosilňovača je určená vzorcom

Na zníženie odporu rezistora R 1 paralelne s ním je potrebné pripojiť ďalší odpor a mal by sa zapnúť iba vtedy, keď vstupné napätie prekročí hodnotu U vx2 . Na tento účel je v obvode invertujúceho zosilňovača zahrnutý ďalší reťazec odporov R 2 , R 3 a dióda VD . Podľa princípu "imaginárnej zeme" je anóda diódy pripojená k invertnému vstupu OU, má potenciál rovný nule. Dióda sa otvorí, keď napätie na katóde U A sa zníži pod anódový potenciál, t.j. pod 0. Preto napätie zdroja predpätia musí mať opačné znamienko v porovnaní so znamienkom analyzovaného vstupného napätia.

Kým sa dióda nerozsvieti, napätie v bode A dá sa určiť z výrazu:

Po odblokovaní ekvivalentný odpor rezistorov zapojených paralelne R 1 A R 2 sa musí rovnať hodnote vypočítanej pomocou (8.29), odkiaľ

Po určení odporu R 2 a po zadaní hodnoty predpätia (v tomto prípade je vhodné použiť ako tento zdroj predpätia napätie jedného zo zdrojov energie OU), z (8.30) určte odpor rezistora R3 .

Ak je charakteristika aproximovaná ďalšou priamkou, potom sa podobne zapne a vypočíta ďalší reťazec dvoch odporov a diódy.

Zdroj signálu so vstupným zaťažovacím odporom.

Napäťové aj prúdové vyrovnávacie zosilňovače (vrátane zosilňovačov) zosilňujú výkon. V praxi pod slov vyrovnávacím zosilňovačom najčastejšie sa chápe presne zosilňovač vyrovnávacieho napätia.

V závislosti od požadovaného rozsahu výstupných prúdov a napätí je možné zostaviť vyrovnávacie zosilňovače

• na diskrétnych tranzistoroch, opakovačoch striedavého napätia - aj na lampách
• na všeobecných operačných zosilňovačoch
• na špecializovaných integrovaných obvodoch vyrovnávacích zosilňovačov

Nadácia Wikimedia. 2010.

Pozrite sa, čo je „zosilňovač vyrovnávacej pamäte“ v iných slovníkoch:

vyrovnávacím zosilňovačom- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Anglicko-ruský slovník elektrotechniky a energetiky, Moskva, 1999] Témy elektrotechniky, základné pojmy EN buffer ... Technická príručka prekladateľa

vyrovnávacím zosilňovačom- buferinis stiprintuvas statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. vyrovnávací zosilňovač; izolačný zosilňovač vok. Bufferverstärker, m rus. nárazníkový zosilňovač, m pranc. amplifikátor tampón, m ryšiai: sinonimas – skiriamasis stiprintuvas … Automatikos terminų žodynas

Elektronický zosilňovač je zosilňovač elektrických signálov, ktorého zosilňovacie prvky využívajú jav elektrickej vodivosti v plynoch, vákuu a polovodičoch. Elektronický zosilňovač môže byť nezávislý... ... Wikipedia

Článok popisuje niektoré typické aplikácie integrovaných operačných zosilňovačov (op-amps) v analógových obvodoch. Obrázky používajú zjednodušené označenie obvodov, takže je potrebné pripomenúť, že nepodstatné detaily (spojenie s ... ... Wikipedia

Tento výraz má iné významy, pozri Zenerova dióda (významy) ... Wikipedia

Grafické obrázky a prvky početných a rozmanitých nástrojov a zariadení elektroniky, automatizácie, rádia a výpočtovej techniky. Návrh a vývoj základných elektronických obvodov a z nich vytvorených zložitejších systémov je len... Collierova encyklopédia