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无线电电子与电气工程百科全书 UMZCH采用对称输入，无需通用环保。 无线电电子电气工程百科全书
该放大器的特点是使用补偿型本地反馈环路，减少了输出级的失真。 高线性输入级的使用消除了对公共反馈环路的需要，并且其在宽频带上的对称性实际上消除了外部干扰对放大器的影响。 UMZCH 在总体环境保护方面的优势是众所周知的，并且在专业文献 [1] 和无线电杂志的页面上多次被考虑。 然而，尽管技术特性很高，但它们的真实声音再现质量往往远非理想，而没有一般 OOS（或 OOS 高达 20 dB）的相对简单的 UMZCH 比具有深度 OOS 的 UMZCH 听起来更自然。 开发人员得出的结论是，罪魁祸首是与深度 OOS 所覆盖的放大器级的频率响应和相位响应的不成功选择和实施相关的动态失真。 在音频行业，甚至出现了一个单独的方向 - 这些放大器具有低级信号路径，没有公共 OOS，有时还具有非线性失真补偿 [2]。 这种类型的UMZCH是在专门选择的工作在A类或AB类、具有高静态电流的灯或晶体管上执行的，其特点是成本高。 此类UMZCH的开发人员仅使用高质量元件，输入级根据对称（平衡）电路构建，并且为了实现低输出电阻，使用了大量具有选定参数的强大晶体管，这实际上，确保 UMZCH 声明的特性的可重复性。 在所提出的没有公共 OOS 的 UMZCH 中，使用了基于电流跟随器的对称输入级 [3]。 UMZCH电路功能简单，包括电压放大器和电流放大器。 这种结构符合高端音频的原则之一——“电气长度”最小化，即信号路径中的放大级和组件最少。 放大器使用本地反馈来减少输出级失真。 在开发UMZCH时，主要关注的是减少放大级数和提高电压放大器的初始线性度。 UMZCH 的一个特点是没有根据具有共发射极 (OE) 或共源极 (OI) 的方案制造的放大级。 众所周知，差分级联通常由一对根据带有 OE 或 RO 的电路连接的晶体管组成 [1]，并会引入明显的非线性失真 [4]。 使用具有公共基极 (OB)、公共集电极 (OC) 和公共漏极 (OS) 的开关电路以及较短的放大路径，可以创建一个没有公共 OOS 的 UMZCH，其参数不是低于工业产品。 高放大器参数是通过纯电路解决方案实现的，与高端的奇异和材料科学方法特征不同，不需要使用昂贵的组件。 UMZCH 具有低电阻平衡输入（1200 欧姆），设计用于与具有对称可调输出的信号源配合使用。 为了充分实现 UMZCH 的功能，信号源必须具有“开路”输出（无耦合电容器）。 请注意，大多数现代高质量信号源都能够将信号不失真地传输到相对低电阻的负载（高达数百欧姆）。 在录音室或专业设备中，信号源的平衡输出阻抗已设计用于 600 欧姆的负载，这是行业标准。 因此，在这种情况下，在高质量 UMZCH 中实现高输入阻抗似乎是多余的。 上图。 图1示出了总体框图，其中输入级由基于晶体管VT1、VT2的对称电压放大器组成，按照OB电路连接。 该级加载了电流镜（晶体管VT3、VT4）、VT5跟踪晶体管和R6CK电路，带有OB的开关电路中的晶体管具有更线性的传输特性和更好的频率特性[5, 6]。 差分输入电压形式的信号(相对于+U1总线)被馈送到两个相等阻值的电阻器R1、R2，并被转换成晶体管VT1、VT2发射极的输入电流。 末级A1是电压跟随器。
[7] 中使用了类似的电压放大器电路，在场效应晶体管上具有额外的输入差分级。 I. Dostal 在他的专着中引用了该方案的各个要素 [8]。 这种电压放大器的工作原理在文献[7, 8]中有详细描述。 最后一级 A1 可以在双极晶体管或场效应晶体管上制作。 电压放大器的输出（C点）具有相当低的阻抗。 这使得可以使用单级互补电压跟随器作为 A1，尽管不排除在最后一级使用具有高电流增益的两级或三级结构的可能性 [1]。 与经典结构的放大器相比，这种UMZCH向输出信号引入的失真较小，并且实际增益为10 ... 12 dB。 一般来说，如果信号源具有低输出阻抗并且可以驱动 600 欧姆的负载而不增加非线性失真，则总是如此。 在这样的电路中，信号源连接到+U1电源轨。 UMZCH 使用两个带变压器 T1 的双极性电源：一个用于电压放大级（绕组 II、二极管电桥 VD4 和电源滤波器 C1、C2 的平滑电容器），第二个用于为末级供电（绕组 III、二极管电桥VD5和电容器C3、C4)。 上图。 1 条电源共用线，并进一步用矩形表示。 放大器如图。 图 1 的特点是基本线性的输入特性，它设置了整个 UMZCH 的初始线性度。 此外，UMZCH增益仅由电阻器R6/R2（或R6/R1）的比率决定，而不取决于所使用的晶体管的参数。 它可以高精度地设置，并且可以在很宽的范围内变化。 测量表明，在没有电阻R5、R6的情况下，级联的增益相当高，在400Hz频率下超过500000。 UMZCH的缺点包括对信号源参数的一些限制。 它必须是对称的，并且最好具有开路直流输出。 此外，输入端带有电流跟随器的电路会降低信噪比 [3]。 现在考虑图 2 所示的 UMZCH 示意图。 3、放大器性能优良，无反馈电路。 输入放大器由晶体管VT4、VT5组成，晶体管VT6.1、VT6.2负载共源共栅型电流镜VT5、VT8、VT13、VD159、R1、R6，其中使用一对匹配晶体管KXNUMXNTXNUMXV(VTXNUMX)以提高准确性。
电压放大器的主要负载是电阻R17。 输入晶体管发射极电路中的有源电流源VT1、VT2（具有元件VD6、VD7、R7、R15）增加了大信号模式下电压放大器的线性度。 结果，电压放大级的谐波系数几乎降低了一个数量级，例如在0,007kHz频率、2V(rms)输出电压下达到31%。 元件 VT9、VT10、VT12-VT14、VD13、R18、R19、R22 上的复合电压跟随器提供电压放大器与末级的有效去耦。 该方案几乎完全消除了栅漏晶体管VT9的非线性电容对电压放大器参数的影响。 在该跟随器中，输入电容VT9实际上不会改变，因为该晶体管端子之间的电压是固定的。 中继器中信号正半波上的电源电压的不完全使用需要其增加，因此双极性电源电压相对于电源的公共线是不对称的，并且是+57V和-52V。 UMZCH 的最后一级没有任何功能，是强大晶体管 VT15 - VT20 上的推挽跟随器，工作在 AB 类，静态电流为 300 mA。 还根据共源共栅OB-OB电路搭建了220mA的稳定电流源（VT7、VT8、R11、R14、VD9-VD12）。 晶体管VT7、VT8、VT10以及大功率晶体管均位于散热器上。 最后一级的静态电流稳定了VT11晶体管上的温度传感器，VTXNUMX晶体管与最后一级的晶体管有热接触。 基于精密运算放大器 K140UD17 (DA1) 和元件 R1-R4、R17、C1-C4、VD1-VD4 的积分器可在 UMZCH 输出端保持最小直流电压，不受温度和电源电压不对称的影响。 为了解耦各级，增加 UMZCH 的线性度并提高末级的效率，电压放大器由 +57 V 和 52 V 的稳定电压供电，末级由 ±44 V 的不稳定电压供电五、 UMZCH的差分增益由比率2（R17/R6）决定，约为45。通过R5C5电路将放大器输出连接到A点，可以部分补偿末级的非线性失真，并降低输出阻抗UMZCH 的频率为 1 kHz，范围为 0,2 至 0,035 欧姆（测量是在没有 L1R28 输出电路的情况下进行的）。 UMZCH 的输出阻抗在高达 10 kHz 的频率范围内略有变化，在 0,05 kHz 频率下为 20 欧姆。 测量结果表明，UMZCH 的输出电阻在很宽的范围内（50 ... 3000 mA 范围内）不依赖于末级静态电流的变化，这表明了所应用的环境保护的有效性。 。 为了测量UMZCH的谐波系数（Kg），使用了自动非线性失真仪S6-8、频谱分析仪S4-74和GZ-118信号发生器以及平衡装置。 三个并联的 20 欧姆 PEV-50 电阻（电阻 7 欧姆）用作等效负载，五个此类电阻器用作 4 欧姆等效负载。 使用VZ-39电压表测量输出电压。 用这种设备测量公斤的下限几乎是-90 dB。 没有失真补偿（R5C5电路被禁用）的UMZCH在输出功率为105W、负载为7欧姆时在1kHz频率下的总Kg为0,099%，在20kHz下为0,096%。 信号频谱主要包含幅度相当的二次和三次谐波，以及幅度较小的高次谐波（AB 模式下最后一级操作的结果）。 当连接本地R5C5电路时，在相同输出功率的情况下，Kg UMZCH在1 kHz频率下下降至0,035%，在20 kHz频率下上升至0,043%。 频率为 125 kHz、7 欧姆时最大输出功率为 1 W（输出信号处于极限阈值），UMZCH 中的失真仍然不超过 0,1%。 应当注意，终端晶体管不是特别选择的，并且在它们初步选择的情况下，可以改善UMZCH的特性。 碰巧的是，在这个 UMZCH 布局中，一对互补的等效晶体管的发射极电流增益的实际分布很小，约为 10%。 在 1A 和 5V 电压下，上侧（三个 KT864A 晶体管并联）的电流增益广义值为 96，下侧（三个 KT865A 晶体管）为 87。在高值时集电极电流的，晶体管末级基极的电流传输系数降低。 UMZCH在4欧姆负载下的最大输出功率为170W（同时，在1kHz频率下，Kg=0,18%）。 末级采用更强大的进口器件，即使不增加晶体管数量，也能提高UMZCH在4…2欧姆负载下的输出功率。 当幅度略低于限制电平的测量信号作用于 70 欧姆负载（频率为 0,03 和 7 的两个等幅度正弦信号之和）时，UMZCH 中的互调失真小于 -20 dB (21%)千赫。 使用 S4-74 频谱分析仪评估互调失真，该分析仪的动态范围至少为 70 dB。 估计了 1 kHz 的差频分量。 该频谱分量的幅度位于频谱分析仪的噪声水平处，并且仅在分析仪的大积分时间（带宽 - 300 Hz，扫描 - 5 s）下才能区分。 需要注意的是，选择这种测量模式是因为信息量最大，当真实的声音信号被放大时，这种极端情况不太可能出现。 下面是 主要技术指标 在有源负载等效（电阻器）上工作时的 UMZCH 布局（图 2）。
UMZCH 可以使用国产和进口元件。 晶体管 KT9115A（VT3、VT4）最好成对选择，具有相同的电流增益（更好 - 使用在同一基板上制作的匹配的高压 pn-p 晶体管对）。 可以使用KT9115B或进口器件632SA2、1184N2代替KT5415A。 您可以使用任何匹配的 npn 结构晶体管对来代替 159NT1V（选择标准是尽可能大的 h21E）。 在UMZCH中，代替KP902A，使用KP305系列的低功耗MOS管工作良好。 电阻器 R5-R8、R13 和 R15-R17 - C2-29，其中 R6 和 R16、R7 和 R15 具有尽可能小的容差（在作者的版本中，这些电阻器的容差为 0,05%）。 剩下的电阻是MLT和C5-16MV。 线圈L1包含9匝直径为1,53毫米的绝缘线，以2,5毫米的节距缠绕在直径为10毫米的心轴上。 电容器 - KM-6、K73-16、K73-17。 由于将信号源连接到 UMZCH 输入的特殊性，放大器外壳的“接地”原则也必须改变。 UMZCH稳定电源的“+57V”总线应连接至结构的金属外壳。 信号源的公共线连接到公共线的同一点。 电源电路和电源滤波电容的公共线必须与放大器外壳隔离。 您还需要隔离 UMZCH 的输出端子。 如果 UMZCH 对每个通道使用两个单独且完全独立的电源，则它们的“+57 V”电源总线应在一点与 UMZCH 外壳连接。 电源的中间点不需要互连。 在“双单声道”架构的情况下，两个 UMZCH 通道仅通过 +57 V 电源总线相互连接（并连接到结构情况），在没有通用大电流电路的情况下，这会有利地影响通道之间的解耦。 此版本的 UMZCH 设计用于与输出（直流输出）处没有隔离电容器的专业调音台配合使用。 采用这种通过输入电阻“供电”的方法，UMZCH 始终消耗来自信号源的少量直流电流（每个输入约 2 mA）。 在其他情况下，为了UMZCH的正常工作，还需要具有对称低阻抗输出并且能够调节信号电平的音频信号源。 在没有平衡输出的信号源的情况下，您可以使用任何不平衡信号源，并用将不平衡信号转换为平衡信号的设备进行补充。 如今，实现此功能的器件有很多选择：从基于平衡变压器的最简单器件到专用微电路，例如 SSM2142。 出于同样的目的，作者有时使用一种称为“Di-Box”（主动直接注射盒）的设备，型号为 Behringer 的 Dl 100。 此类设备深受从事“现场声音”工作的音乐家的欢迎，由高品质巴伦变压器和电压跟随器组成。 它们引入的非线性失真非常小（通常小于0,005%）。 上图。 图 3 显示了一个“模拟器”电路，该电路由双运算放大器 DA1（在一个封装中）和精密电阻器 R1-R8 上的交叉对称操作系统构成。
输出信号的对称程度取决于成对电阻器的各自分布，并且实际上需要额外的调整（这些电阻器的电阻可以是单位或数十千欧姆）。 图 4 显示了一个可以调整对称性的更复杂的电路。 1（电阻器R14-R0,05的容差为XNUMX%）。 UMZCH 参数的所有测量均使用该设备进行。
所提出的平衡装置可以用作信号源输出级的缓冲元件，尽管最好的解决方案应该是使用专门的 SSM2142 微电路，其成本约为 4 美元，已经包含了所有必要的运算放大器和电阻器（30 kOhm），专门设计用于在 600 欧姆负载下运行。 SSM2142 上的节点非线性失真小于 0,006%，输出信号为 10 V，负载为 600 欧姆，频率范围为 20.. .20000 Hz。 正确组装的放大器几乎不需要调整。 在启动发动机之前，调谐电阻R20必须处于如图所示的上方位置。 在首次通电和随后的空载调整之前，必须在末级电源电路上连接两个阻值为 10 ... 20 欧姆的强大保护电阻。 例如，在出现接线错误的情况下，这些电阻器将保护末级晶体管。 如果出现自激，则需要增大中和校正电容器（C5、C6）的容量。 接下来，检查 UMZCH 输出端的恒定电压。 它不应超过 1...2 mV。 然后，根据其中一个保护电阻两端的压降，通过调节R20的阻值，来设定最后一级的静态电流。 将放大器预热 1 - 2 小时后，其值应为 300 ... 350 mA。 至此，UMZCH 调整完毕，保护电阻应从末级电源电路中排除。 在平衡装置中，运算放大器应能在 600 欧姆的负载下正常工作。 这里可以使用OPA604（OPA2604）、OPA134（0PA2134、0PA4134）、LT1468、LT1469、LM6171、LM6172。 LM837、AD841也适用。 文学
作者：A. Orlov，伊尔库茨克
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