Усилитель с отрицательным выходным сопротивлением

Усилители на транзисторах

При написании статьи я сделал простой эксперимент для исследования влияния выходного сопротивления УМЗЧ на поведение электродинамической головки (ЭДГ) при подаче на нее импульсного сигнала. Этот эксперимент очень прост, и его могут проделать все желающие, имеющие в распоряжении осциллограф.

Усилитель с отрицательным Rвых

usiliteli-moshhnosti-s-otricatelnym-vyhodnym-soprotivleniemДля этого достаточно собрать схему на рис 1а представленную на сайте. В качестве громкоговорителя ВА1 была использована 4-омная головка. Сопротивление R1 взято примерно равным омическому сопротивлению головки. На верхней осциллограмме (рис.1б) приведено входное напряжение от блока питания (БП). Следующая осциллограмма показывает напряжение на нагрузке UВа1 измеренное непосредственно на громкоговорителе. Как видно из осциллограммы, U Ва1 достигнув примерно половины поданного, продолжает расти за счет продолжающегося движения диффузора по инерции и выработки соответствующего напряжения.

obratnaya-otricatelnaya-svyazЭто напряжение, замыкаясь через резистор R1 на источник питания, вызывает торможение диффузора и приводит к зеркальному изменению тока в цепи, что видно по напряжению на резисторе R1. Колебания напряжения и тока в нагрузке происходят с частотой основного резонанса подвижной системы ЭДГ. Чем меньше сопротивление резистора R1, тем короче процесс установления, и наоборот. Если воспользоваться микрофоном, все то же самое можно увидеть и по звуковому давлению. Чем больше сопротивление R1, тем больше амплитуда паразитных колебаний и их продолжительность, а также тем менее точно будут передаваться огибающие сигналов.

Если в качестве испытательного взять короткий импульс, то положение с ростом сопротивления R1 только ухудшается, поскольку затягивается обратный фронт, что приводит к фазовым искажениям по звуковому давлению. А ведь именно в точности передачи фазовых составляющих скрыта информация о кажущихся источниках звука (КИЗ), о направлении на них, а значит, и о расстоянии до них. Музыкальный сигнал—далеко не синусоидальный. А только на синусоидальных сигналах при установившихся процессах можно наблюдать кажущееся улучшение при работе от усилителя мощности ЗЧ с высоким выходным сопротивлением. Обратимся к схеме УМЗЧ с корректором Хауксфорда из [2].

Как видно из рис.2, схема претерпела небольшие изменения:

  • добавлен резистор R7 для регулировки выходного сопротивления;
  • введен R12 для подстройки тока покоя выходных транзисторов (в пределах 80… 120 мА); – добавлены R9 и R10 для снижения искажений корректора;
  • использованы спаренные выходные транзисторы VT9…VT12; – сделан третий выход (FB) на акустическую систему для контроля сигнала ошибки непосредственно на нагрузке. Этот прием использован из профессиональной практики разработки печатных плат.

Обычно сигнал ОС стараются взять непосредственно с выхода (контрольной точки на плате, контакта выходного разъема). Если взять сигнал ОС (сигнал ошибки) для корректора непосредственно с нагрузки, то можно сбалансировать корректор так, чтобы получить нулевое выходное сопротивление на нагрузке с учетом акустических проводов.

diagramma-bodeПри этом искажения выходного каскада (ВК) можно существенно уменьшить. Сопротивление акустических проводов условно обозначено как Rnp. Сигнал ОС можно подать с помощью витой пары (с небольшим сечением проводников), входы которой распаять между выходом ВК и входом FB (feed back), а выходы объединить и распаять на втором конце акустического кабеля. Резистор R22 служит для поддержания режима работы корректора при отключенной АС.

Настройка корректора заключается в том, чтобы получить коэффициент передачи ВК со входа до нагрузки строго равным 1 (0±0,1 дБ) с помощью резистора R7. Диаграмма Боде для этого случая (рис.3) показывает, что напряжение на выходе ВК на 0,4 дБ выше, чем на нагрузке, что говорит об отрицательном выходном сопротивлении. Чтобы убедиться в этом, достаточно замкнуть вход ВК на общий провод, а на выход подать сигнал амплитудой 4В от генератора через резистор RH. Как видно из рис.4, напряжение на выходе ВК противоположно по фазе с входным и имеет амплитуду примерно в 20 раз меньше, что соответствует выходному сопротивлению, примерно равному сопротивлению проводов Rnp=0,2 Ом.

napryazhenie-na-vyhode-vyhodnogo-kaskadashema-generatora-umzchДля большей наглядности эффективности отрицательного выходного сопротивления проделаем следующий эксперимент. Возьмем второй мощный генератор сигналов GU2 с такой же частотой и амплитудой выходного напряжения, как и генератор входного сигнала GU1 и синхронный с ним. Последовательно с ним через резистор R29 включим импульсный генератор GN1 с частотой импульсов 2 кГц и амплитудой 5 В (рис.5). Схему испытания можно упростить, если генератор GN1 включить последовательно с нагрузкой RH (рис.2). Частота импульсного генератора выбрана в области наибольшей чувствительности слуха, в этой же области наблюдается и наибольшая токовая нагрузка выхода ВК со стороны реальных АС. Частоту синусоидальных генераторов возьмем равной 200 Гц.

napryazhenie-na-nagruzke-usilitelya-moshhnostiВ этом случае, поскольку синусоидальные генераторы синфазны и имеют одинаковое напряжение, генератор GU2 не оказывает влияние на выход ВК, а дополнительную нагрузку создает только генератор GN1, имитируя нагрузку ВК от АС. Снимем осциллограмму разностного напряжения между входом и выходом ВК и между входом и напряжением на нагрузке (рис.6). На нижнем графике жирной линией показана разница между входным напряжением и напряжением на выходе ВК (сигнал ошибки за счет акустического кабеля), а тонкой линией — между входом и нагрузкой.

Из рисунка видно, что, благодаря отрицательному выходному сопротивлению ВК, влияние генератора GN1 на работу каскада максимально ослаблено, и ВК с отрицательным выходным сопротивлением максимально точно передает сигнал со входа до нагрузки. Аналогичные эксперименты можно провести с другими ВК, в том числе, и с работающими в классе А. Будете приятно удивлены полученными результатами.

Автор

Оцените статью
radiochipi.ru
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я принимаю политику конфиденциальности.

Adblock
detector