Распродажа

Электронные компоненты со склада по низким ценам, подробнее >>>

Журнал Радио

2004: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
2003: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
2002: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
2000: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
1999: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
1998: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
1971: 
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
1947: 
1, 2, 3, 4, 5
1946: 
1, 2, 3, 4-5, 6-7, 8-9

Новости электроники

В 14 раз выросло количество россиян на MediaTek Labs ? проекте по созданию устройств "интернета вещей" и "носимых гаджетов"

Сравнив статистику посещения сайта за два месяца (ноябрь и декабрь 2014 года), в MediaTek выяснили, что число посетителей ресурса из России увеличилось в 10 раз, а из Украины ? в 12. Таким образом, доля русскоговорящих разработчиков с аккаунтами на labs.mediatek.com превысила одну десятую от общего количества зарегистрированных на MediaTek Labs пользователей.

Новое поколение Джобсов или как MediaTek создал свой маленький "Кикстартер"

Амбициозная цель компании MediaTek - сформировать сообщество разработчиков гаджетов из специалистов по всему миру и помочь им реализовать свои идеи в готовые прототипы. Уже сейчас для этого есть все возможности, от мини-сообществ, в которых можно посмотреть чужие проекты до прямых контактов с настоящими производителями электроники. Начать проектировать гаджеты может любой талантливый разработчик - порог входа очень низкий.

Семинар и тренинг "ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!" (14-15.10.2013, Новосибирск)

Компания Компэл, приглашает вас принять участие в семинаре и тренинге ?ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!?, который пройдет 14 и 15 октября в Новосибирске.

Мне нравится

Комментарии

дима пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ827:

люди куплю транзистар кт 827А 0688759652

тамара плохова пишет в теме Журнал Радио 9 номер 1971 год. :

как молоды мы были и как быстро пробежали годы кулотино самое счастливое мое время

Ивашка пишет в теме Параметры отечественных излучающих диодов ИК диапазона:

Светодиод - это диод который излучает свет. А если диод имеет ИК излучение, то это ИК диод, а не "ИК светодиод" и "Светодиод инфракрасный", как указано на сайте.

Владимир пишет в теме 2Т963А-2 (RUS) со склада в Москве. Транзистор биполярный отечественный:

Подскажите 2т963а-2 гарантийный срок

Владимир II пишет... пишет в теме Параметры биполярных транзисторов серии КТ372:

Спасибо!

Журнал Радио 3 номер 2004 год.

ЗВУКОТЕХНИКА

Многоканальное усиление в УМЗЧ с крайне глубокой ООС

А. ЛИТАВРИН,
г. Березовский
Кемеровской обл. 

 Автором предложена оригинальная многоканальная структура транзисторного УМЗЧ. В этом усилителе достигаются очень малые искажения благодаря многопетлевой ООС. Широкополосная (до 100 МГц) ООС достигнута в основном канале пониженной мощности с очень малым временем задержки. Фактически автором разработан прецизионный быстродействующий усилитель.

Далеко не в последнюю очередь основанием для написания статьи стали не прекращающиеся до сих пор споры среди аудиофилов о вреде ООС и ограничении ее применения. К сожалению, поверхностных впечатлений для обвинений ООС в некорректности более чем достаточно. Разумеется, критика в отношении глубокой ООС в целом несерьезна; причину негативного результата следует искать в схемных решениях усилителей. В приемно-усилительных устройствах профессионального и военного назначения на частотах до 1 ГГц [1] рекомендуется использовать каскады именно с ООС, как обеспечивающие максимальный динамический диапазон и линейность. Аналогичные рекомендации реализованы и в любительской радиоаппаратуре [2].

Фундаментальным критерием линейности "идеального" усилителя служит масштабная идентичность мгновенных значений входного и выходного сигналов. Именно ООС стабилизирует коэффициент передачи усилителя по параметрам, обусловленным структурой и видом обратной связи. Качество стабилизации определяется запасом усиления внутри петли ООС [3]. Запас усиления — свыше 120 дБ в полосе 20 кГц, — соизмеримый с динамическим диапазоном устройства, позволяет формировать выходной сигнал с ошибкой менее 0,0001 %. Таким образом, использование крайне глубокой ООС следует считать обязательным для обеспечения высококачественного усиления широкополосных сигналов и линейности транзисторных усилителей. К сожалению, несмотря на общеизвестность слагаемых этих понятий, их зачастую трактуют довольно странным образом либо вообще игнорируют, поэтому требуются определенные комментарии.

Критерии и принципы ООС

Многие разработчики УМЗЧ обращают внимание на то, что усилитель еще до охвата ООС должен обладать высокой линейностью. Однако наиболее важно, чтобы УМЗЧ обладал высокой линейностью и в области частот, период которых близок к времени прохождения сигнала через охватываемые ООС каскады усиления. Так как на этих частотах обратная связь уже не работает, нелинейности и шум провоцируют возникновение комбинационных составляющих в процессе паразитной модуляции в каскадах УМЗЧ. В области частот, где ООС еще действует, возможны неприятные эффекты, когда эффективность обратной связи при определенных условиях сильно понижена [4]. Получается, что сигнал на выходе усилителя очень напоминает входной, но тем не менее содержит сложный клубок паразитных компонент. В результате подобного усиления появляются фазовые мультипликативные искажения, аналогичные "джиггеру" в цифровых каналах передачи.

Основой высокой линейности следует считать работу электронных приборов в малосигнальном [5], близком к статическому режиме, так как изменения их электрических параметров под действием сигнала или дестабилизирующего фактора и есть первопричина искажений. Большой уровень сигнала приводит к изменениям усилительных и частотно-временных параметров каскадов.

Время прохождения сигналом каскадов усилителя зависит от многих факторов, что приводит к возникновению "джиттероподобных" явлений вне зависимости от наличия ООС. При этом для ООС является принципиально важным крайне малое время задержки сигнала обратной связи, фактически близкое к времени прохождения сигнала по каскадам усилителя, ибо на это время сигнал ООС и задерживается относительно входного сигнала. Чем больше уровень этого сигнала (т. е. чем больше усиление) и время задержки сигнала, тем больше паразитная модуляция и искажения.

Соответственно более жесткие требования предъявляются к перегрузочной способности каскадов. Перегрузка каскадов блокирует стабилизирующие функции ООС. Вероятность перегрузки фактически связана с временем реакции* по петле ООС (временем между приходом сигнала на вход усилителя и его откликом вернувшимся по цепи ООС). Большинство изъянов УМЗЧ с глубокой ООС связано именно с форсированием усиления на частотах, период которых близок к времени прохождения сигнала через охватываемые ООС каскады усиления. Ухудшение качества усилителя прогрессирует с увеличением времени задержки в петле ООС, усугубляясь при росте числа каскадов. Другими словами, число последовательных каскадов усиления при большой глубине общей ООС весьма ограничено.

Надо отметить, что применение транзисторных каскадов с общим эмиттером (в том числе дифференциальные каскады и генераторы тока) весьма негативно влияет как на модуляционные, так и на перегрузочные характеристики усилителя. Подобного рода каскады фактически представляют собой смеситель, где критерием линейности служит его динамический диапазон. В области допустимых для транзисторов режимов верхняя граница динамического диапазона пропорциональна току через смеситель [2].

Другими словами, каскады должны иметь большой динамический диапазон и соответствующие ему режимы токов и напряжений для транзисторов, а их изменения при наличии сигнала — минимальные. Сам сигнал должен быть достаточно "медленным" в сравнении с быстродействием усилительных элементов, тогда меньше изменения сигнала за время реакции в петле ООС и меньше искажения. Граничная частота Fгр усилительных приборов должна быть как можно больше частоты единичного усиления F1 усилителя.

Таким образом, крайне ограниченное число каскадов и предельно малое время реакции петли ООС — принципиальные условия достижения линейности в широкой полосе и большого динамического диапазона усилителя. Причем каскады должны работать в классе А, и так, чтобы за пределами рабочей полосы их коэффициент передачи был существенно меньше единицы. Другими словами, при отсутствии "горбов" на АЧХ частота замыкания Fзам петли ООС (Fзам — величина, обратная времени реакции петли ООС) должна быть много больше частоты единичного усиления (Fзам >> F1), а сигнал на частотах, близких к Fзам, должен быть сильно ослаблен.

Вместе с тем при крайне глубокой ООС одновременно должен обеспечиваться низкий уровень проникания выходного сигнала на вход УМЗЧ на частоте замыкания петли ООС. Последний фактор очень важен, так как именно в УМЗЧ уровень сигнала на выходе (по напряжению) большой, а эффективность интермодуляции имеет зависимость, близкую к кубу входного сигнала [2].

В свою очередь, цепь общей ООС не должна иметь каких-либо дополнительных (и паразитных) связей с промежуточными каскадами УМЗЧ либо с местными цепями ООС. Смысл простой: нужно исключить проникание предыскаженного сигнала внутрь петли общей ООС. Коэффициент усиления с включенной ООС должен быть минимальным. Иначе говоря, чем меньше коэффициент усиления, тем соответственно пропорционально больше отношение сигнал/шум+помеха и пропорционально меньше частота единичного усиления УМЗЧ при фиксированной частоте среза петлевого усиления. Заметим, что увеличение уровня входного сигнала и применение сверхмалошумящих входных усилителей может привести к ухудшению входных перегрузочных характеристик УМЗЧ.

Цепи сигнального тракта, а также входные и ООС (особенно на ВЧ) должны быть относительно низкоомными (десятки—сотни ом). И здесь следует обратить внимание на то, что снижение сопротивления цепи, управляющей транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером (ОЭ), резко ухудшает его перегрузочные характеристики.

Резисторы в базовых и эмиттерных цепях транзисторов усилительных каскадов значительно улучшают их линейность и перегрузочные характеристики. Увеличение входного сопротивления уменьшает входной ток и тем самым просто и эффективно снижает усиление на частотах, близких к Fзам. При этом весьма желательно включать эти резисторы (снижать усиление) в каждом каскаде усиления [4, 6], но наибольшая эффективность достигается при их включении именно на входе усилителя [7]. Аналогичные функции эти резисторы выполняют и в радиочастотных устройствах [2](усилители, смесители и пр.), уменьшая усиление каскадов на граничной частоте (Fгр ≈ Fзам) примененных транзисторов и снижая их склонность к самовозбуждению. Однако здесь следует заметить, что при большом изменении тока базы резистор в цепи базы может создать весьма большой уровень искажений. Как следствие, применять резисторы в базовых цепях следует только при работе транзистора в структурах с очень глубокой ООС.

Поиск компромисса среди столь взаимоисключающих требований, перечисленных выше, зачастую занятие неблагодарное. Абсолютное выполнение и совмещение их в одном усилителе просто нереально.

Реализовать крайне глубокую ООС, а также указанные требования в полной мере возможно лишь при многоканальном усилении, т. е. на основе Многоканальных Усилительных Структур (МКУС).

Критерии и принципы МКУС

Применение МКУС позволяет радикально уменьшить время задержки сигнала в усилителе, т. е. обеспечить крайне малое время реакции петли ООС. Как следствие, появляется возможность резко увеличить частоту замыкания петли ООС (Fзам), обеспечить очень большой запас усиления — и все это при близком к предельному уровню шума. В этом варианте усилителя возможно объединить достоинства различных подходов в схемотехнике, использующих существенно различные узлы с разной спецификой и зачастую с уникальными характеристиками. В таких структурах возможно применение разных классов усиления (А, В, С и даже D), схем включения и типов электронных приборов.

Варианты подключения дополнительных каналов усиления в этом случае основаны на критерии подавления сигнала главного канала (как на его входе, выходе, так и внутри) посредством его дополнительного усиления и передачи в выходную цепь. В общем случае процесс передачи этого сигнала может осуществляться другими усилителями. Таким образом, можно создать очень большой запас усиления внутри петли ООС и тем самым обеспечить крайне малую ошибку в петле ООС. Ибо следствием идеального усиления в усилителе с общей ООС является... отсутствие сигнала на выходе сумматора прямого и возвратного (по цепи ОС) сигналов. Здесь понятие главный (основной) усилитель (канал) выражает его приоритет в замыкании петли ООС при решающем влиянии на формирование неискаженного выходного сигнала.

Основным параметром главного канала усиления следует считать его время задержки, которое должно быть крайне малым. Специфическими параметрами дополнительных каналов усиления могут быть уровень собственных шумов, выходная мощность и пр.

Следует заметить, что принципы многоканальной (параллельной) обработки сигналов известны относительно давно [9], но, к сожалению, кроме прецизионной измерительной аппаратуры используются редко и скромно. Особенно в реализации большого запаса усиления внутри петли ООС. Вместе с тем под понятие МКУС подпадает ряд схем как УМЗЧ [5, 10]**, так и широкополосных ОУ.

Таким образом, разные подходы в схемотехнике УМЗЧ [3—8] целесообразно дополнить логикой параллельной работы усилителей, т. е. МКУС. Следует отметить, что число вариантов построения усилителей на основе МКУС достаточно велико, но применительно к УМЗЧ есть смысл использовать структуры, которые вследствие очень большого запаса усиления заставили бы безукоризненно выполнять свои функции даже мощный и нередко низкочастотный выходной каскад.

В качестве примера МКУС рассмотрим схему (рис. 1) трехканального инвертирующего усилителя, предназначенного для работы на маломощную нагрузку. Здесь ОУ DA1 (соответственно скорректированный) — основной канал усилителя, задающий частоту замыкания петли ООС (Fзам), а усилители DA2 и DA3 образуют дополнительные каналы, действующие по критерию подавления сигнала соответственно на входе и выходе DA1.

Итак, сигнал, пришедший через резисторы R1, R7 на вход ОУ DA1, усиливается и через конденсатор С2 поступает на выход усилителя. Элементы С1, R2 и R1 образуют петлю ООС. Дополнительно сигнал усиливается по каналу DA2, а также DA3, с которого проходит на общий выход через резистор R11. Таким образом, в отношении низкочастотных сигналов усиление внутри петли ООС существенно возрастает. Делители сигнала R5R6 и R8R9 обеспечивают приоритет основного канала (DA1), снижая усиление DA2 и DA3 до уровня, при котором дополнительный фазовый сдвиг, вносимый этими ОУ, без проблем компенсируется основным каналом.

Здесь следует руководствоваться правилом: уменьшать (делить) сигнал следует именно на входе дополнительных каналов усиления, что существенно улучшает их перегрузочные характеристики. Исключение могут составлять лишь усилители, подключенные к входу (DA2), в силу ухудшения отношения сигнал/шум. Резисторы R4 и R7 улучшают входные перегрузочные характеристики. Аналогичные функции, хотя и косвенно, выполняют элементы R3 и R10; они существенно уменьшают усиление входных каскадов ОУ, особенно вблизи Fзам. Здесь надо подчеркнуть, что такие резисторы устраняют эту проблему, так как частотная коррекция ОУ по стандартной методике, как правило, не защищает входные каскады ОУ от перегрузки ВЧ сигналом. При отсутствии этих резисторов высокочастотные продукты искажений через конденсатор С1 поступают непосредственно на входы ОУ и перегружают их (форсируется усиление на частотах, близких к Fзам). В свою очередь, глубокая ООС по ВЧ (через конденсатор С1) создает на частоте F1 ОУ DA1 большой спад АЧХ усилителя. Таким образом, обеспечиваются высокие перегрузочные характеристики как по выходу DA1, так и по входу DA3, и как следствие — всего усилителя в целом.

На звуковых частотах сигнал последовательно усиливают три ОУ — DA2, DA1, DA3 (они также могут быть выполнены по технологии МКУС). Применение ОУ упрощает реализацию конструкции, хотя не возбраняется применение как высокочастотных, так и СВЧ транзисторов.

Переходя к варианту УМЗЧ, весьма заманчиво использовать мощный усилитель (далее УНЧ) в качестве DA3, при высоком выходном сопротивлении которого резистор R11 можно было бы исключить. Возможно и другое решение: вместо элементов С2 и R11 использовать более эффективное устройство согласования (многоканальное), тогда УНЧ можно выполнить в виде отдельного блока! Это дает возможность снизить уровень наводок и помех на 20...40 дБ.

Что касается прочих узлов усилителя, то здесь технологически целесообразно применение предельно широкополосных (радиочастотных) ОУ, допускающих работу со стопроцентной ООС. Другими словами, крайне малое время прохождения сигнала и соответственно минимальный фазовый сдвиг на частоте единичного усиления — решающие параметры при выборе ОУ. Весь спектр аргументов достаточно сложен, и поэтому выбор пал на относительно средний широкополосный ОУ. Разумеется, использование ультрасовременной элементной базы с "заоблачными" характеристиками достаточно эффектно, но при высокой цене нецелесообразно.

Между тем высокая эффективность МКУС со сложением сигналов на выходе усилителя (с высококачественным согласующим устройством) позволяет применить в выходном каскаде низкочастотного канала транзисторы со скромными параметрами. Вследствие относительно низкой граничной частоты Fгр мощных биполярных приборов нужно заострить внимание на существенном требовании, о котором шла речь выше: работа транзисторов вблизи частоты не допускается и, как следствие этого, усиление УМЗЧ (с включенной ООС) на этой частоте должно быть незначительным (F1< Fгр). Увеличение частоты среза петли ООС до соотношения F1> Fгр приводит к тому, что входной усилитель (как правило, очень широкополосный) вызывает перегрузку последующих низкочастотных каскадов УМЗЧ.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Рэд Э. Справочное пособие по ВЧ схемотехнике. — М.: Мир, 1990.
  2. Дроздов В. В. Любительские KB трансиверы. — М.: Радио и связь, 1988.
  3. Акулиничев И. УМЗЧ с глубокой ООС. — Радио, 1989, ╧ 10, с. 56—58.
  4. Агеев С. Сверхлинейный УМЗЧ с глубокой ООС. — Радио, 1999, ╧ 10, с. 15—17; ╧ 11. с. 13—16.
  5. Гумеля Е. Простой высококачественный УМЗЧ. — Радио, 1989, ╧ 1, с. 44—48.
  6. Агеев А. УМЗЧ с малыми нелинейными искажениями. — Радио, 1987, ╧ 2, с. 26—29.
  7. Витушкин А., Телеснин В. Устойчивость усилителя и естественность звучания. — Радио, 1980, ╧ 7. с. 36, 37.
  8. Сухов Н. УМЗЧ высокой верности. — Радио, 1989, ╧ 6, с. 55—57; ╧ 7, с. 57—61.
  9. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. — М.: Энергоатомиздат, 1988.
  10. Данилов А. Мощный масштабный усилитель постоянного тока. — Приборы и техника эксперимента, 1988, ╧ 6, с. 105—108.
(Окончание следует)
Редактор — А. Соколов,
графика — Ю. Андреев

Вернуться к содержанию журнала "Радио" 3 номер 2004 год







Ваш комментарий к статье
Журнал Радио 3 номер 2004 год. :
Ваше имя:
Отзыв: Разрешено использование тэгов:
<b>жирный текст</b>
<i>курсив</i>
<a href="http://site.ru"> ссылка</a>