Всем Доброго Аудиофильского!
Я вынужден срочно вернуться в эфир, чтобы сообщить о произошедшем событии!
Разбирая схемотехнику усилителей, я решил, что не плохо бы сделать пару статьей в цикле Аудиофильский Инженерии, с разбором как они работают.
А то кидаюсь на право-налево словами про Каскод да Токовое Зеркало. А кто показывать будет, как они работают? Правильно! Я показывать будет!!!
И вот в рамках подготовки иллюстраций, собрал в моем любимом эмуляторе схемку усилителя с ООС. Без всякого расчета значений резисторов. Просто собрал и решил, что сейчас быстренько все по сигналу подкручу.
Но стоило мне только включить эмуляцию, как я увидел такое, что решил срочно написать статью вне цикла!
И сейчас я поделюсь с вами этим делом.
Но сначала небольшое введение, про причины нелинейности в работе усилителя.
Если честно, у меня уже была вводная статья на эту тему. И там вопрос более подробно разобран. Там был спокойной бодрости духа! А сейчас у меня фонарик током бьется. Но она тоже вышла вне цикла. Так же рекомендую прочитать все статьи из цикла Аудиофильской Инженерии, чтобы понять те моменты которые здесь будут поданы очень и очень сжато и скорее всего не полноценно.
1. Причины нелинейности в работе УНЧ.
1.1. Нелинейность открытия транзистора.
Кремниевый транзистор открывается при 0.7 вольта на базе. В этот момент между коллектором и эмиттером начинает течь ток. Но нарастание его в диапазоне от 0.7 вольт до 2 вольт происходит медленнее, чем на базе.
В связи с тем, что на 2 Вольтах на базе транзисторов выходного каскада, в двухтактных усилителях, на выходе может быть развита мощность более 1 Ватта, данным усилителям приходится работать в режиме нелинейности.
1.2. Нелинейность входного сопротивления.
В схеме усилителя напряжения происходит падение напряжения на коллекторе транзистора, при росте напряжения на базе транзистора. Одновременно с этим падением напряжения, происходит падение коэффициента усиления каскада, а значит и снижение входного сопротивления на базе.
В связи с тем, что источник полезного сигнала имеет некоторое выходное сопротивление, на нем при понижении входного сопротивления усилителя, происходит падение напряжения.
Суммарный эффект этого процесса приводит к замедлению нарастания напряжения в этой цепи.
2. С этими проблемами нужно бороться. В каскадах раскачки напряжения обычно применяют хитрые сочетания токовых зеркал и каскодов. А вот выходные каскады исправлять приходится только через ООС.
Для этого выходной сигнал, основательно уменьшив по амплитуде, подают в противофазе во вход усилителя.
Там он начинает работать следующим образом.
Представьте, что у вас есть 2 одинаковых синусоидальных сигнала. Второй в противофазе к первому. Один вычтет другой и на выходе будет ноль. Если же второй сигнал имеет меньшую амплитуду, то она в силу синхронности сигналов, просто будет на каждом шаге(представляйте дискретизацию на цифровом звуке) убавлять значение. Все это будет происходить равномерно. Вы просто получите синус на выходе, с меньшей амплитудой.
Но все изменится, если убавляющее действие второго синуса будет медленнее, чем нарастание первого. Тогда финальный результат будет прибавлять в амплитуде. А если второй график наоборот будет ее опережать, то финальная амплитуда будет нарастать медленнее.
Но ведь это ни что иное, как дополнительный пендель в зоне нелинейности, в случае медленного нарастания напряжения. И одновременно сдерживание, если оно растет быстрее.
И вот я собрал простенькую тестовую схемку.
В данном случае у нас 2х-полнярное питание. Источник полезного сигнала с амплитудой в 1 вольт и частотой 20 Гц. Далее диф-каскад. Наиболее популярное решение для подключения ООС. Тут в одном плече полезный сигнал, а второе подкручивает громкость синхронно с выходным сигналом.
В данный момент ООС выключена. Видите на втором плече на базе резистор в 1 МегаОм. Будем считать, что ООС выключена.
Далее следует цепь раскачки амплитуды. Далее усилитель тока. Он же выходной каскад. Ну и цепи создания переменного напряжения из резистора и конденсатора, и нагрузка на 8 Ом.
Но схему я только что собрал. Она еще не настроена. Поэтому уже транзистор каскад в диф-каскаде работает неправильно.
Сейчас на осциллограмме зеленый цвет это источник сигнала, а красный это выход с диф-каскада. Видите скачки внизу амплитуды?
Тут уже безобразие случилось. Далее по схеме оно еще сильнее усугубляется. Тут же и остальные элементы еще не настроены.
А вот это выходной сигнал. Тут тоже все криво до жжути. Судя по отчету на выходе КНИ в 34%. К такому только гитару подключать, да Хард-Роки наяривать.
А сейчас давайте включим ООС. Уменьшим наше МегаОмное сопротивление до 1 КилоОМ.
Готовы? Точно? Точно, точно? Я к этому оказался не готов. Я думал она максимум, что может - это пол-процента КНИ убрать.
А она... Это ж как вообще??? Было 34 процента, а она это дело до 0.2% снесла. И это при том, что еще источник сигнала тут 0.1% искажений гонит, вместо чистого синуса. Цифровой же процессинг. Эмулятор. Бесплатный. Дискретизация маленькая.
Вот я обалдел, и решил первым делом с вами поделиться.
Более подробно о поведении системы, с массой тестов на различные виды динамических, импульсных, и сложно-составных искажений, читайте в будущих статьях цикла Аудиофильской Инженерии.
Спасибо, что дочитали!
Все иллюстрации мои. Выполнены в бесплатном эмуляторе LTspice.
