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無線電子工学および電気工学の百科事典 共通の環境保護のない対称入力を備えた UMZCH。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / トランジスタパワーアンプ このアンプの特徴は、出力段の歪みを低減する補償型ローカルフィードバックループを採用していることです。 線形性の高い入力段の使用により、共通のフィードバック ループの必要性がなくなり、広い周波数帯域にわたるその対称性により、アンプに対する外部干渉の影響が事実上排除されます。 一般的な環境保護に関する UMZCH の利点はよく知られており、専門文献 [1] やラジオ雑誌のページで何度も検討されています。 ただし、高度な技術的特性にもかかわらず、実際のサウンド再生品質は理想から程遠いことが多く、一般的な OOS を持たない比較的シンプルな UMZCH (または最大 20 dB の OOS) は、深い OOS を備えた UMZCH よりも自然に聞こえます。 開発者は、主な原因は、ディープ OOS でカバーされる増幅段の周波数応答と位相応答の選択と実装の失敗に伴う動的歪みであるという結論に達しました。 オーディオ業界では、別の方向性さえ生まれています。これらは、共通の OOS を持たない低段信号パスを備えたアンプであり、場合によっては非線形歪みの補償を備えたアンプです [2]。 このタイプの UMZCH は、高い静止電流でクラス A または AB で動作する特別に選択されたランプまたはトランジスタで実行され、コストが高いという特徴があります。 このような UMZCH の開発者は、高品質のコンポーネントのみを使用し、入力段は対称 (バランス) 回路に従って構築され、低い出力抵抗を達成するために、選択されたパラメータを持つ多数の強力なトランジスタが使用されます。 UMZCH の宣言された特性の再現性を保証します。 共通の OOS を持たない提案された UMZCH では、電流フォロワに基づく対称入力段が使用されます [3]。 UMZCH 回路は機能的に単純で、電圧アンプと電流アンプが含まれています。 このような構造は、ハイエンドオーディオの原則の XNUMX つである「電気長」の最小化、つまり信号経路内の増幅段とコンポーネントの最小化に対応しています。 アンプはローカルフィードバックを使用して出力段の歪みを低減します。 UMZCH の開発では、増幅段の数を減らし、電圧アンプの初期直線性を高めることに主な注意が払われました。 UMZCH の特徴は、共通エミッタ (OE) または共通ソース (OI) を使用する方式に従って作成された増幅段がないことです。 差動カスケードは通常、OE または RO を備えた回路に従って接続された一対のトランジスタで構成され [1]、顕著な非線形歪みを引き起こすことが知られています [4]。 共通ベース (OB)、共通コレクタ (OC)、および共通ドレイン (OS) を備えたスイッチング回路を短い増幅経路とともに使用することにより、共通 OOS を持たないパラメータを使用して UMZCH を作成することができました。工業製品に比べれば劣ります。 高いアンプパラメータは純粋な回路ソリューションによって実現され、ハイエンドに特徴的なエキゾチックで材料科学的なアプローチとは異なり、高価なコンポーネントを使用する必要はありません。 UMZCH は低抵抗のバランス入力 (1200 オーム) を備えており、対称的に調整可能な出力を持つ信号ソースで動作するように設計されています。 UMZCH の機能を十分に発揮するには、信号ソースに「オープン」出力 (カップリング コンデンサなし) が必要です。 最新の高品質信号源のほとんどは、比較的低抵抗の負荷 (最大数百オーム) に歪みなく信号を送信できることに注意してください。 スタジオまたはプロフェッショナル機器では、信号ソースの平衡出力インピーダンスはすでに 600 オームの負荷向けに設計されており、これが業界標準です。 したがって、このような場合、高品質の UMZCH で高い入力インピーダンスを実現することは冗長であるように思えます。 図上。 図１は、一般的なブロック図を示す。入力段は、ＯＢ回路に従って接続されたトランジスタＶＴ１、ＶＴ２に基づく対称電圧増幅器で構成される。 このカスケードは、カレント ミラー (トランジスタ VT1、VT1)、トラッキング トランジスタ VT2、および R3CK 回路に負荷されており、OB を備えたスイッチング回路のトランジスタは、より線形な伝達特性と優れた周波数特性を備えています [4、5]。 差動入力電圧（+U6 バスを基準とした）の形式の信号は、等しい抵抗の 5 つの抵抗器 R6、R1 に供給され、トランジスタ VT1、VT2 のエミッタの入力電流に変換されます。 終端段 A1 はボルテージフォロワです。
電界効果トランジスタに追加の入力差動段を備えた同様の電圧増幅回路が [7] で使用されました。 このスキームの個別の要素は、I. Dostal の著書 [8] で引用されています。 このような電圧増幅器の動作原理は、文献 [7、8] に詳しく説明されています。 最終段 A1 はバイポーラまたは電界効果トランジスタで作成できます。 電圧アンプの出力 (C 点) はかなり低いインピーダンスです。 これにより、A1 として 1 段の相補ボルテージフォロワを使用することが可能になりますが、最終段で電流ゲインの高い XNUMX 段または XNUMX 段構造を使用する可能性も排除されません [XNUMX]。 このような UMZCH は、古典的な構造のアンプと比較して出力信号に生じる歪みが少なく、実際のゲインは 10 ～ 12 dB です。 これは、信号源の出力インピーダンスが低く、非線形歪みを増加させることなく 600 オームの負荷を駆動できる場合には、原則として常に当てはまります。 このような回路では、信号源は +U1 電源レールに接続されます。 UMZCH は、トランス T1 を備えた 4 つのバイポーラ電源を使用します。1 つは電圧増幅段 (巻線 II、ダイオード ブリッジ VD2 およびパワー フィルター C5、C3 の平滑コンデンサ) 用で、もう 4 つは最終段 (巻線 III、ダイオード) への電力供給用です。ブリッジ VD1 とコンデンサ CXNUMX、CXNUMX)。 図上。 電源の XNUMX つの共通ワイヤ、さらに長方形で示されます。 図のアンプ。 1 は、UMZCH 全体の初期線形性を設定する基本的に線形の入力特性を特徴としています。 さらに、UMZCH ゲインは抵抗 R6 / R2 (または R6 / R1) の比によってのみ決定され、使用されるトランジスタのパラメーターには依存しません。 高精度で広範囲に設定可能です。 測定によると、抵抗 R5、R6 がない場合、カスケードのゲインは非常に高く、周波数 400 Hz で 500000 を超えます。 UMZCH の欠点には、信号ソースのパラメーターに対するいくつかの制限が含まれます。 対称である必要があり、できればオープン DC 出力を備えている必要があります。 さらに、入力に電流フォロアを備えた回路では、信号対雑音比が低下します [3]。 次に、図に示す UMZCH の概略図を考えてみましょう。 2. アンプは高性能でフィードバック回路がありません。 入力アンプはトランジスタ VT3、VT4 で構成され、これらはカスコード型カレント ミラー VT5、VT6.1、VT6.2、VD5、R8、R13 に負荷され、一対の整合トランジスタ K159NT1V (VT6) が使用されます。精度を向上させるため。
電圧アンプの主負荷は抵抗 R17 です。 入力トランジスタのエミッタ回路内のアクティブ電流源 VT1、VT2 (素子 VD6、VD7、R7、R15 を含む) により、大信号モードでの電圧アンプの直線性が向上します。 その結果、電圧増幅段の高調波係数はほぼ一桁減少し、たとえば周波数 0,007 kHz、出力電圧 2 V (rms) で 31% になります。 要素 VT9、VT10、VT12 ～ VT14、VD13、R18、R19、R22 の複合電圧フォロワは、電圧アンプを最終段から効果的にデカップリングします。 この解決策により、電圧増幅器のパラメータに対するゲートドレイン トランジスタ VT9 の非線形容量の影響がほぼ完全に排除されました。 このフォロワでは、このトランジスタの端子間の電圧が固定されているため、入力容量 VT9 は実質的に変化しません。 信号の正の半波でリピータの電源電圧を不完全に使用するには、その増加が必要でした。そのため、バイポーラ電源電圧は電源の共通線に対して非対称で、+57 V と -52 V です。 UMZCH の最終段には機能はなく、強力なトランジスタ VT15 ～ VT20 のプッシュプル フォロワであり、静止電流 300 mA のクラス AB で動作します。 カスコードOB-OB回路に従って、220mAの安定した電流源(VT7、VT8、R11、R14、VD9-VD12)も構築されています。 トランジスタ VT7、VT8、VT10 および強力なトランジスタはヒートシンク上に配置されています。 最終段の静止電流は、最終段のトランジスタと熱接触している VT11 トランジスタ上の温度センサーを安定させます。 高精度オペアンプ K140UD17 (DA1) と素子 R1 ～ R4、R17、C1 ～ C4、VD1 ～ VD4 に基づいた積分器は、温度や電源電圧の非対称性に関係なく、UMZCH 出力の最小 DC 電圧を維持します。 段を分離し、UMZCH の線形性を高め、最終段の効率を高めるために、電圧アンプには +57 V と 52 V の安定化電圧が供給され、最終段には ±44 V の非安定化電圧が供給されます。 V. UMZCH の差動ゲインは比 2 (R17 / R6) で決まり、約 45 です。R5C5 回路を介してアンプの出力を A 点に接続すると、最終段の非線形歪みが部分的に補償され、出力インピーダンスが低下します。 1 kHz の周波数で 0,2 ～ 0,035 オームの UMZCH の信号を測定します (測定は L1R28 出力回路なしで行われました)。 UMZCH の出力インピーダンスは、10 kHz までの周波数範囲でわずかに変化し、0,05 kHz の周波数では 20 オームです。 測定の結果、UMZCH の出力抵抗は広範囲 (50 ～ 3000 mA の範囲) にわたって終端段の静止電流の変化に依存しないことがわかり、適用された環境保護の有効性が示されました。 。 UMZCH の高調波係数 (Kg) の測定には、自動非線形歪み計 S6-8、スペクトラム アナライザ S4-74、信号発生器 GZ-118 と平衡装置を使用しました。 並列接続された 20 つの 50 オーム PEV-7 抵抗 (抵抗 4 オーム) が負荷等価物として使用され、39 つのそのような抵抗が 90 オームの等価物として使用されます。 出力電圧は、VZ-XNUMX 電圧計を使用して測定されました。 このような装置での Kg 測定の下限はほぼ -XNUMX dB です。 出力電力 5 W、負荷 5 オーム、周波数 105 kHz で歪み補償なし (R7C1 回路が無効) の UMZCH の合計 Kg は 0,099%、20 kHz では 0,096% でした。 信号スペクトルには、主に同等の振幅の第 XNUMX および第 XNUMX 高調波と、より小さな振幅の高調波 (AB モードでの最終段の動作の結果) が含まれています。 ローカル R5C5 回路が接続されている場合、Kg UMZCH は、周波数 1 kHz で 0,035% に減少し、周波数 20 kHz では同じ出力電力で最大 0,043% に減少しました。 最大出力電力が 125 W、7 オーム、周波数 1 kHz (限界しきい値での出力信号) の場合でも、UMZCH の歪みは 0,1% を超えません。 なお、終端トランジスタは特別に選択されるものではなく、予め選択しておくことにより、ＵＭＺＣＨの特性を向上させることができる。 偶然にも、この UMZCH レイアウトでは、等価トランジスタの相補ペアのエミッタ電流におけるゲインの実際の広がりは小さく、約 10% であることが判明しました。 lK \u1d 5 AおよびUke \u864d 96 Vでの電流ゲインの一般化された値は、上側（並列接続された865つのKT87Aトランジスタ）では4、下側（170つのKT1Aトランジスタ）では-0,18です。高い値では、コレクタ電流の増加により、最終段トランジスタのベースの電流伝達係数が低下します。 4 オームの負荷での UMZCH の最大出力電力は 2 W です (同時に、周波数 XNUMX kHz、Kg = XNUMX%)。 最終段でより強力な輸入デバイスを使用すると、トランジスタの数を増やさなくても、XNUMX ～ XNUMX オームの負荷での UMZCH の出力電力を増加できます。 UMZCH の相互変調歪みは、制限レベルをわずかに下回る振幅の測定信号が 70 オーム負荷に作用する場合、-0,03 dB (7%) 未満になります。これは、周波数 20 と 21 の等しい振幅の 4 つの正弦波信号の合計です。 kHz。 相互変調歪みは、少なくとも 74 dB のダイナミック レンジを持つ S70-1 スペクトラム アナライザを使用して評価されました。 １ｋＨｚの差周波成分を推定した。 このスペクトル成分の振幅はスペクトル アナライザのノイズ レベルにあり、アナライザの長い積分時間 (帯域幅 - 300 Hz、掃引 - 5 秒) でのみ区別できます。 この測定モードは最も有益なものとして選択されており、実際の音声信号が増幅される場合、そのような極端な状況は起こりにくいことに注意してください。 Нижеприведены 主な技術仕様 能動負荷相当物（抵抗器）を扱う場合のUMZCHレイアウト（図2）。
UMZCH では、国産コンポーネントと輸入コンポーネントを使用できます。 トランジスタ KT9115A (VT3、VT4) は、同じ電流ゲインを持つペアで選択するのが最適です (さらに良いのは、同じ基板上に作成された高電圧 pn-p トランジスタの整合ペアを使用することです)。 KT9115A の代わりに、KT632B またはインポートされたデバイス 2SA1184、2N5415 を使用できます。 159NT1V の代わりに、npn 構造の任意の一致したトランジスタのペアを使用できます (選択基準は可能な最大の h21E です)。 UMZCH では、KP902A の代わりに、KP305 シリーズの低電力 MOS トランジスタがうまく動作します。 抵抗器 R5 ～ R8、R13、R15 ～ R17 ～ C2 ～ 29、R6 と R16、R7 と R15 の許容誤差は最小です (著者のバージョンでは、これらの抵抗器の許容誤差は 0,05% です)。 残りの抵抗は MLT と C5-16MV です。 コイル L1 には、直径 9 mm のマンドレルに 1,53 mm のピッチで巻かれた直径 2,5 mm の絶縁ワイヤが 10 回巻き付けられています。 コンデンサ - KM-6、K73-16、K73-17。 信号ソースを UMZCH 入力に接続する際の特殊性により、アンプのハウジングの「接地」の原理も変更する必要があります。 UMZCH 安定化電源の「+57 V」バスは構造物の金属ケースに接続する必要があります。 信号源のコモン線はコモン線の同じ点に接続されます。 電源回路とパワーフィルタコンデンサの共通線はアンプケースから絶縁する必要があります。 UMZCH の出力端子も絶縁する必要があります。 UMZCH がチャネルごとに 57 つの独立した完全に独立した電源を使用する場合、その「+XNUMX V」電源バスは UMZCH ケースの XNUMX 点で接続する必要があります。 電源の中間点を相互接続する必要はありません。 「ダブルモノラル」アーキテクチャの場合、57 つの UMZCH チャネルは +XNUMX V 電源バスのみを介して相互に (および構造ケースに) 接続されます。これは、共通の大電流回路がないため、チャネル間のデカップリング。 このバージョンの UMZCH は、出力 (DC 出力) に絶縁コンデンサを持たないプロ仕様のミキシング コンソールで動作するように設計されています。 入力抵抗を介して「電源を供給」するこの方法では、UMZCH は常に信号源から少量の直流電流 (各入力あたり約 2 mA) を消費します。 他の場合には、UMZCH の通常の動作のために、対称的な低インピーダンス出力と信号レベルを調整する機能を備えたオーディオ信号ソースも必要になります。 バランス出力を持つ信号ソースがない場合は、アンバランス信号をバランス信号に変換するデバイスで補完することで、任意のアンバランス信号ソースを使用できます。 現在、この機能を実装するデバイスには、平衡変圧器をベースにした最も単純なものから、SSM2142 などの特殊なマイクロ回路まで、かなりの数のオプションがあります。 同じ目的で、著者は、Behringer の「Di-Box」（アクティブ ダイレクト インジェクト ボックス）として知られるデバイス、モデル D100 0,005 を使用することがありました。 このようなデバイスは、「ライブサウンド」を扱うミュージシャンに人気があり、高品質のバラントランスとボルテージフォロワで構成されています。 それらによって生じる非線形歪みは非常に小さいです (通常は XNUMX% 未満)。 図上。 図 3 は、デュアル オペアンプ DA1 (1 つのパッケージ内) と高精度抵抗 R8 ～ RXNUMX 上の交差対称 OS で作成された「シミュレータ」回路を示しています。
出力信号の対称性の程度は、ペアになった抵抗の個々の広がりに依存し、実際には追加の調整が必要になります (これらの抵抗の抵抗は単位または数十キロオームになる場合があります)。 対称性を調整できるさらに複雑な回路を図に示します。 4 (抵抗 R1 ～ R14 の許容誤差は 0,05%)。 UMZCH パラメータのすべての測定は、このデバイスを使用して実行されました。
提案されたバランシングデバイスは信号源の出力段のバッファ要素として使用できますが、最適な解決策は特殊な SSM2142 マイクロ回路を使用することです。このマイクロ回路には、約 4 ドルのコストで必要なすべての機能がすでに含まれています。アンプと抵抗器 (30 kΩ) を備え、600 オームの負荷で動作するように特別に設計されています。 SSM2142 のノードの非線形歪みは、0,006 ～ 10 Hz の周波数範囲で 600 オームの負荷で 20 V の出力信号で 20000% 未満です。 適切に組み立てられたアンプは調整の必要がほとんどありません。 エンジンを始動する前に、図に従って調整抵抗器 R20 が上の位置にある必要があります。 最初のスイッチオンとその後の無負荷での調整の前に、抵抗値 10 ～ 20 オームの XNUMX つの強力な保護抵抗を最終段の電源回路に接続する必要があります。 これらの抵抗は、配線ミスなどの場合に最終段のトランジスタを保護します。 自励励磁が発生する場合は、中和コンデンサおよび補正コンデンサ(C5、C6)の容量を大きくする必要があります。 次に、UMZCH の出力の定電圧を確認します。 1 ～ 2 mV を超えてはなりません。 そして、いずれかの保護抵抗の両端の電圧降下に応じて、抵抗R20を調整することにより、最終段の静止電流が設定されます。 アンプを 1 ～ 2 時間ウォームアップした後、その値は 300 ～ 350 mA になるはずです。 この時点で、UMZCH の調整は完了し、最終段の電源回路から保護抵抗を削除する必要があります。 バランスデバイスでは、オペアンプは 600 オームの負荷に対して適切に動作する必要があります。 ここでは、OPA604 (OPA2604)、OPA134 (0PA2134、0PA4134)、LT1468、LT1469、LM6171、LM6172 を使用できます。 LM837、AD841も適しています。 文学
著者: A.オルロフ、イルクーツク
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