Op-amp'te tampon amplifikatörü. Kısıcılı p605 transistörleri kullanan bir CD çaların arabellek aşaması Evirici ve evirici olmayan amplifikatörler örneğini kullanarak op-amp'lerin gerçek hayattaki uygulaması.

Devresi ve tasarımı geleneksel olmayan teknik çözümler kullanan bir amplifikatörün oluşturulması hakkında bir makale. Proje kar amacı gütmüyor.

Ses ekipmanlarıyla ilgilenmeye ve müzik dinlemeye çok uzun zaman önce, 80'lerin sonlarından itibaren başladım ve uzun bir süre, Sony, Technics, Revox, vb. etiketli herhangi bir PA'nın bu işi yapabileceğine kesin olarak ikna oldum. Batılı markalar teknolojiye, en kaliteli parçalara ve deneyime sahip olduğundan, yerli amplifikatörlerden çok daha iyi ve hatta ev yapımı amplifikatörlerden daha iyi.

A.M.’nin yazısının ardından her şey değişti. Likhnitsky, yazarı olduğu Brig-001 amplifikatörünün 70'li yıllarda geliştirilmesinden ve üretime girmesinden bahseden Audiomagazin No. 4(9) 1996 dergisinde. Tesadüfen kısa bir süre sonra ilk sayılardan arızalı Brig-001 elime geçti. Yalnızca 70'li ve 80'li yıllardan kalma orijinal yerli parçaları kullanarak, bu PA'yı orijinal durumuna getirdim, böylece ses yetenekleri mümkün olduğunca güvenilir bir şekilde değerlendirilebilir.

Technics SU-A700 ev ses sistemi yerine Brig-001 amplifikatörünü bağlamak beni şok etti - parametreler daha mütevazı ve 20 yıl daha eski olmasına rağmen Brig çok daha iyi ses çıkardı.İşte o anda bir amplifikatör yapma fikri ortaya çıktı. kendi ellerimle, 1998 yılında yapılan ses sistemindeki standart olanı, esas olarak askeri kabulün yerli unsuru temelinde değiştirebilecek kapasitede. Yeni cihaz, NAD ve Rotel orta sınıf modelleri gibi daha ünlü amplifikatörleri karşılaştırmalı olarak dinleme şansı bırakmadı ve ağabeyleriyle karşılaştırıldığında bile oldukça ikna ediciydi. Proje, 2000 yılında aynı şemaya göre iki bloklu PA şeklinde, ancak yeni bir tasarım ve güç kaynağının artan enerji yoğunluğuyla daha da geliştirildi. Zaten birkaç bin ABD dolarına varan fiyat kategorisinde transistörlü ve tüplü amplifikatörlerle karşılaştırıldı ve çoğu durumda ses kalitesi açısından onları geride bıraktı. Sonra bir şeyin daha farkına vardım; amplifikatörün tasarımı neredeyse her şeye karar veriyor.

Özellikle iki üniteli PA'mdan daha iyi ses veren amplifikatörlerin katılımıyla yapılan dinleme oturumlarının sonuçlarını analiz ederek, çoğu zaman iyi tüp tasarımlarının veya genel OOS'suz transistör tasarımlarının üstün olduğu sonucuna vardım. . Bunların arasında, spesifikasyonları genellikle çıkış voltajı dönüş hızının çok yüksek değerlerine (200 V/μs ve daha yüksek) sahip olan derin OOOS'li PA'lar da vardı. Kural olarak, bu cihazlar pahalıydı ve devreleri halka açık değildi. Terminalim ayrıca oldukça derin bir OOOS'ye sahipti, ancak onlarla karşılaştırıldığında düşük performansa sahipti - yaklaşık 50 V/μs, benzer bir çıkış voltajıyla. Bazen müzik enstrümanlarının tınılarının ve sanatçıların seslerinin doğallığını ve müzisyenlerin duygularını tam olarak aktarma yeteneğinden yoksundu. Bazı bestelerde müziğin sunumu basitleştirildi, tını zenginliğinin bir kısmı bir tür ince gri perdenin arkasına gizlendi. Bu muhtemelen geri beslemeli bir PA'nın doğasında bulunan "transistör sesi" olarak adlandırılan şeydir.

OOOS'li bir PA'daki “transistör” sesinin nedenleri forumlarda, devre tasarımıyla ilgili kitaplarda ve bu konuyla ilgili dergilerdeki yayınlarda defalarca tartışılmıştır. Benim de bağlı kaldığım bilinen versiyonlardan biri, genel geri besleme döngüsü tarafından kapsanan amplifikatörlerin sinüs dalgası sinyali ve aktif yük üzerinde ölçülen düşük çıkış empedansının, hoparlörlerde müzik çalarken hiç öyle kalmamasıdır. Bu, dinamik kafalardan gelen geri EMF sinyallerinin amplifikatörün çıkışından geri besleme devreleri yoluyla girişine nüfuz etmesine izin verir. Bu sinyaller, zaten şekil olarak farklı oldukları ve orijinal olanlara göre bir faz kaymasına sahip oldukları için OOOS tarafından çıkarılmaz, bu nedenle güvenli bir şekilde yükseltilirler ve hoparlör sistemlerine tekrar girerek ses yolunda ek bozulma ve yabancı seslere neden olurlar. Bu etkiyle mücadele yöntemleri periyodik olarak tartışılmaktadır. Örnekler aşağıdakileri içerir:

1. "Yanlış" OOOS kanalı, sinyali, hoparlörlere bağlı olmayan, ancak belirli bir değere sahip bir direnç üzerine yüklenen son aşamanın paralel bağlı elemanlarından birinden alındığında.

2. PA'nın çıkış direncinin, OOOS'ye ulaşmadan önce azaltılması.

3. OOOS döngüsü içindeki hızı “kozmik” hızlara çıkarmak.

Doğal olarak, OOOS yapılarıyla başa çıkmanın en etkili yolu, onu PA'nın devre tasarımından hariç tutmaktır, ancak transistörler üzerinde OOOS olmadan değerli bir şey oluşturma girişimlerim başarı ile taçlandırılmadı. Tüplü ses teknolojisi alanında sıfırdan başlamanın artık benim için pratik olmadığını düşündüm. "1" noktasındaki yöntem birçok soruyu gündeme getirdi, bu yüzden "2" noktasını dikkate alarak geri bildirim döngüsü içindeki hızı artırmaya yönelik deneylere başladım. Amplifikatörün müzik enstrümanlarının sesinin saldırısını doğru bir şekilde yeniden üretmesi için yeterli olan çıkış voltajının yükselme hızının nispeten küçük bir değer olduğuna ve ultra yüksek değerlerine hemen dikkat çekmek isterim. yalnızca OOS'un çalışmasıyla ilgilidir.

Genel bir geri besleme döngüsüne sahip amplifikatörlerde, tüm sorunların dönüş hızının arttırılmasıyla çözülmediği açıktır, ancak ana fikir şuydu, diğer tüm parametreler eşitken: geri besleme geri besleme döngüsü içindeki hız ne kadar yüksek olursa, o kadar hızlı olur. Geri bildirimle telafi edilmeyen sinyallerin "kuyrukları" zayıflayacak ve artan performansla birlikte artefaktların süresindeki azalma dikkate alındığında, bunların kulak tarafından fark edilebilmesi için bir miktar eşik değeri olması gerekir. Bu yönde hareket ederek, ayrı elemanlar kullanarak PA'da en az 100 V/μs çubuğa yaklaşma sorunuyla çok hızlı bir şekilde karşılaştım - devredeki güçlü transistörlerde basamaklar varsa, her şeyin çok daha zor olduğu ortaya çıktı. Gerilim geri beslemeli amplifikatörlerde, yüksek performans hiçbir şekilde kararlılıkla "birleşmedi" ve TOC'li (akım geri beslemeli) bir PA'da, bir entegratör kullanmadan kabul edilebilir bir sabit voltaj seviyesi elde etmek mümkün değildi. çıktı, hız açısından her şey yolunda olmasına rağmen ve kararlılıkla ilgili sorunlar çözüldü. Entegratör sesi daha iyiye doğru değiştirmiyor bence, bu yüzden gerçekten onsuz yapmak istedim.

Durum neredeyse bir çıkmazdı ve ilk kez, voltaj geri beslemeli bir güç amplifikatörü oluşturursanız, o zaman bir ön amplifikatörün veya telefon amplifikatörünün topolojisini kullanırsanız, onu yüksek yapmanın çok daha kolay olacağı düşüncesi ortaya çıktı. -hız, geniş bant, kararlı ve entegratörsüz, bence ses kalitesi üzerinde olumlu bir etkisi olmalı. Geriye kalan tek şey bunun nasıl uygulanacağını bulmaktı. Neredeyse 10 yıl boyunca bir çözüm bulunamadı, ancak bu süre zarfında, genel geri besleme döngüsü içindeki çıkış voltajının yükselme hızının ses kalitesi üzerindeki etkisini incelemek için evde araştırma yapıldı ve bunun için teste izin veren bir prototip oluşturuldu. Op-amp kullanan çeşitli kompozit amplifikatörlerin kullanımı.

“Araştırmamın” sonuçları şöyleydi:

1. Bir kompozit amplifikatörün hızı ve bant genişliği girişten çıkışa doğru artmalıdır.

2. Düzeltme yalnızca tek kutupludur. OOS devrelerinde kapasitör yok.

3. Maksimum çıkış voltajı 8,5 V RMS olan ve OOOS derinliği yaklaşık 60 dB olan bir amplifikatör için, ses kalitesinde 40-50 V/μs aralığında ve daha sonra 200 V/'ye yakın bir yerde gözle görülür bir artış görülür. μs, amplifikatörün pratikte "duyulabilir" OOOS olmaktan çıktığı zamandır.

4. 200 V/μs'nin üzerinde gözle görülür bir gelişme gözlemlenmedi, ancak örneğin 20 V RMS çıkış voltajına sahip bir PA için aynı sonucu elde etmek için zaten 500 V/μs gereklidir.

5. PA bandını sınırlayan giriş ve çıkış filtreleri, kesme frekansı ses aralığının üst sınırından önemli ölçüde yüksek olsa bile en iyi sesi vermez.

Ayrık elemanlara dayalı PA'larla yapılan başarısız deneylerden sonra bakışlarım, en yüksek çıkış akımına sahip yüksek hızlı op-amp'lere ve entegre tamponlara döndü. Arama sonuçları hayal kırıklığı yarattı - yüksek çıkış akımına sahip tüm cihazlar umutsuzca "yavaş" ve yüksek hızlı cihazların izin verilen besleme voltajı düşük ve çıkış akımı çok yüksek değil.

2008 yılında, tesadüfen, internette BUF634T entegre tamponunun spesifikasyonuna bir ekleme bulundu; burada geliştiriciler, paralel olarak bağlanmış bu tür üç çıkış tamponuna sahip bir kompozit amplifikatör devresini sundular (Şekil 1) - o zaman öyleydi çıktı aşamasında çok sayıda bu tür tampona sahip bir PA tasarlama fikri ortaya çıktı.

BUF634T, 250 mA çıkış akımına ve 20 mA'ya kadar hareketsiz akıma sahip, geniş bantlı (180 MHz'e kadar), ultra hızlı (2000 V/μs) paralel tekrarlayıcı tampondur. Tek dezavantajı, çıkış voltajının genliği üzerinde belirli kısıtlamalar getiren düşük besleme voltajıdır (+\- 15 V nominal ve +\- 18 V - izin verilen maksimum).

Tamponun diğer tüm özelliklerinden ve ses özelliklerinden tamamen memnun kaldığım için düşük çıkış voltajıyla yüzleşerek nihayet BUF634T'ye karar verdim ve maksimum 20 W / çıkış gücüne sahip bir PA tasarlamaya başladım. 4Ohm.

Çıkış katının eleman sayısının seçimi, 8 Ohm'luk bir yükte saf A sınıfında çalışan bir PA elde etmeye ve çıkış katı elemanlarının mevcut modlarının maksimumdan uzak olmasını sağlamaya indirgenmiştir. İhtiyaç duyulan miktar 40+1 olarak belirlendi. Ek 41. tampon için minimum hareketsiz akım ayarlandı - yalnızca 1,5 mA ve tasarımın ilk lansmanını radyatörleri kurmadan önce gerçekleştirmek ve aynı zamanda gerçekleştirmek amacıyla kullanılması amaçlandı. daha rahat koşullarda bazı ayarlamalar ve deneyler. Daha sonra bunun çok iyi bir fikir olduğu ortaya çıktı.

Bilindiği gibi entegre devrelerin paralel bağlanması toplam gürültü seviyesinde ve Kg'de bir artışa yol açmaz ancak böyle bir modülün giriş empedansı azalır ve giriş kapasitansı artar. Birincisi kritik değil: BUF634T'nin giriş empedansı 8 MOhm'dur ve buna göre toplam, kabul edilebilir olandan fazla olan 195 kOhm'un altında olmayacaktır. Giriş kapasitansı ile durum o kadar da pembe değil: Tampon başına 8 pF, toplam giriş kapasitansının 328 pF'sini verir, bu zaten gözle görülür bir değerdir ve swing op-amp'in çalışmasını olumsuz yönde etkileyecektir (Şekil 1). Son aşama sürücüsünün çıkış empedansını küresel olarak azaltmak için, önüne kendi OOS döngüsü tarafından kapsanan başka bir op-amp yerleştirildi. Böylece devre üçlü bir kompozit amplifikatöre dönüştü, ancak burada "araştırma çalışmamın" sonuçlarının tüm noktaları yerine getirildi. Çok sayıda deneyden sonra, kompozit amplifikatörün bileşimi belirlendi: AD843 giriş op-amp'inin yerini aldı ve güçlü, yüksek hızlı op-amp AD811, akım geri beslemeli, çıkış tamponu olarak görev yapmak üzere çağrıldı. sürücü aşaması. PA'nın gerekli performansını garanti etmek için (200 V/μs'nin üzerinde), AD811'in kazancı ikiye eşit olarak seçildi; bu, ideal olarak AD843'ün mevcut 250 V/μs'sini iki katına çıkardı ve uygun devre ve Başarılı bir tasarımla, PA devresinin tamamı için çıkış dönüş hızı voltajının gerekli değerini korumak mümkün olacaktır. İleriye baktığımda beklentilerin haklı olduğunu görüyorum - bu parametrenin çıkış tamponlarıyla gerçek değerinin 250 V/μs'den fazla olduğu ortaya çıktı.

Amplifikatörün genel devresi kurulum ve ince ayar sırasında birçok değişikliğe uğradı, bu nedenle tüm düzeltmeleri ve iyileştirmeleri içeren son sürümü hemen sunacağım (Şekil 2).

Yapı basittir - bir giriş seçici, bir ses seviyesi kontrolü, bir voltaj amplifikatörü, bir kayıt cihazına kayıt için bir tampon amplifikatörü, bir son aşama ve hoparlörlerin bağlantısını geciktirmek ve korumak için bir optoelektronik devre tarafından kontrol edilen bir koruma rölesi. bunları doğrudan voltajdan kullanın (Şekil 3). Kompaktlık sağlamak için tamponlar ve eşlik eden dirençler 10 parça halinde birleştirilir, ancak parça numaralandırması tamamen korunur. Şekil 2'de görülebileceği gibi. 2'de UM koruma rölesinin (K6) kontak grubu ses iletim devresine dahil edilmez ve geçici işlemlerde veya olası acil durumlarda çıkışı toprağa kapatır.

BUF634T için bu tür bir dahil etme tehlikeli değildir, özellikle de tüm tamponların çıkışta 10 Ohm'luk bir direnci vardır. OOOS direncinin (R15) şasisine kısa devre nedeniyle amplifikatörün stabilite kaybını önlemek için, K6 rölesinin çalışmasıyla eş zamanlı olarak K5 rölesi de kapanır ve direnç aracılığıyla sürücü aşamasının geçici bir OOOS devresini oluşturur. R14. R14 ve R15 dirençlerinin değerleri eşitse, korumanın çalışması sırasında 100 dB'den daha hassas olsalar bile hoparlörlerde yabancı tıklamalar olmaz.

İlk çalışma yılında amplifikatörün hem K5 rölesi olmadan hem de R14 ile geçici OOS devresi olmadan güvenilir bir şekilde çalıştığını belirtmekte fayda var, ancak koruma işlemi sırasında kendi kendine uyarılmanın meydana gelme olasılığı beni rahatsız etti, bu nedenle bu ek elemanlar tanıtıldı. Bu arada, amplifikatör son aşamayı bir OOOS devresiyle kapatmadan harika çalışıyor. BM'deki geri bildirimi kapatmak için R15 direncini, K5 rölesini çıkarabilir ve R14 direncini kullanabilirsiniz, ben de bunu bir deney olarak yaptım. Sesi daha az beğendim - belki de bu, ultra hızlı geri bildirim kullanmanın dezavantajlarından çok avantajlarına sahip olduğumuz bir seçenektir.

Diyagram ayrıca 4 girişten (CD girişi) birinin PA'yı doğru akım amplifikatörü (DCA) moduna geçirdiğini ve "Kaset Monitörü" fonksiyonunun, ek kontak grupları olmadan LP girişinden (vinil disk oynatıcı) uygulandığını gösterir. devre sinyal geçişi. Ben analog kayıt hayranıyım, bu yüzden bunu sadece kendim için yaptım. Ses sisteminde analog ses kayıt cihazları yoksa, op-amp IC1 üzerindeki blokaj ortadan kaldırılabilir.

Diyagram güç kaynağı engelleme kapasitörlerini göstermemektedir - kolaylık olması açısından bunlar güç kaynağı diyagramında görüntülenecektir.

Bu amplifikatörün ideolojisi klasik olandan önemli ölçüde farklıdır ve akım ayırma ilkesine dayanır - son aşamanın her elemanı çok rahat bir modda düşük bir akımla çalışır, ancak bu elemanlardan yeterli sayıda bağlanır paralel olarak, bu 20 Watt'lık amplifikatöre sürekli olarak 10 A'den fazla ve bir darbede 16 A'ya kadar maksimum yük akımı sağlayabilir. Böylece çıkış aşamaları dinleme sırasında ortalama% 5-7'den fazla yüklenmez. Amplifikatörde büyük akımların akabileceği tek yer, her kanalın tüm BUF634T çıkışlarının birbirine yakınlaştığı hoparlör terminallerine giden PA kartı üzerindeki iki bakır baradır.

Aynı ideoloji çerçevesinde, PA güç kaynağı da geliştirildi (Şekil 4) - içinde, tüm güç unsurları da nispeten küçük akımlarla çalışıyor, ancak birçoğu da var ve sonuç olarak toplam güç kaynağının gücü, amplifikatör tarafından tüketilen maksimum gücün 4 katıdır. Güç kaynağı, amplifikatördeki en önemli parçalardan biridir ve benim açımdan daha ayrıntılı olarak ele alınmaya değer. Amplifikatör "çift mono" teknolojisi kullanılarak üretilmiştir ve bu nedenle, sinyal devreleri için her biri 150 W güce sahip, tamamen stabilize edilmiş iki bağımsız güç kaynağı, voltaj amplifikatörü için ayrı stabilizatörler ve ayrıca servis sağlamak için bir güç kaynağı içerir. işlevler, ayrı bir ağ transformatörü 20 W tarafından çalıştırılır. Tüm güç kaynağı ağı transformatörleri birbirleriyle aşamalıdır - transformatörlerin üretimi sırasında, birincil sargıların başlangıcı ve bitişinin iletkenleri işaretlenmiştir.

Her kanalın güç kısmı 4 bipolar hatta bölünmüştür, bu da her dengeleyicinin yük akımını yalnızca 200 mA değerine düşürmeyi ve aralarındaki voltaj düşüşünü 10 V'a çıkarmayı mümkün kılmıştır. Bu modda bile basit LM7815 ve LM7915 gibi entegre stabilizatörler, ses zincirlerine güç sağlamada mükemmel olduklarını kanıtladılar. Daha "gelişmiş" LT317 ve LT337 mikro devrelerini kullanmak mümkündü, ancak Texas Instruments'tan seçimi belirleyen 1,5 A çıkışlı birçok orijinal LM7815C ve LM7915C mevcuttu. Toplamda, amplifikatörün sinyal devrelerine güç, bu tür yirmi entegre stabilizatör kullanılarak sağlanır - 4'ü UN için ve 16'sı VK için (Şekil 4). Her bir güç bölümü stabilizatörü çifti 10 adet besler. BUF634T. UN için bir çift stabilizatör, bir kanalın AD843+AD811 kombinasyonuyla yüklenir. BM stabilizatörlerinin önündeki RC devresi (örneğin R51, C137) ikili bir amaca sahiptir: PA gücü açıldığında doğrultucuyu ani akımdan korur ve kesme frekansının kenarının altında bir filtre oluşturur. düzeltilmiş voltaj dalgalanmalarının genliğini ve giriş aşamaları için önemli olan diğer parazitlerin seviyesini gözle görülür şekilde azaltan ses aralığı (yaklaşık 18 Hz).

Güç kaynağının bir başka özelliği de, tüm filtre kapasitörlerinin büyük kısmının (220.000 µF'den 160.000 µF) stabilizatörlerin arkasında yer almasıdır, bu da gerektiğinde yüke yüksek akım sağlanmasını mümkün kılar. Ancak bu, amplifikatör açıldığında stabilizatörleri ve akü kapasitesinin ilk şarjını korumak için yumuşak başlatma sistemi "Yumuşak Başlatma"nın kullanılmasını gerektiriyordu. Şekil 2'de görülebileceği gibi. Şekil 4'te, Soft Start, düşük akım rölesi K10'u gecikmeli olarak (yaklaşık 9 s) bağlayan ve sırasıyla dört gruplu 4 yüksek akım rölesi K11-K14'ü içeren bir transistörde (VT1) oldukça basit bir şekilde uygulanır. her birinde kontak sayısı, nominal değeri 10 Ohm olan 16 akım sınırlama direncini kapatır (örneğin R20, R21). Yani, amplifikatör açıldığında, her dengeleyicinin maksimum tepe akımı, normal çalışma modu olan 1,5 A ile kesinlikle sınırlıdır. 220 V birincil devrede "Yumuşak Başlatma" kullanmıyorum - akım sınırlama direncinde bir kesinti veya uçlarının lehim noktalarında temas kaybı durumunda, tüm PA için ciddi sonuçlar doğurabilir.

Servis fonksiyonları için, güç kaynağı ünitesi, şebeke voltajını ana transformatörlere (K8 rölesi) bağlamaktan, Yumuşak Başlatma sistemi bileşenlerine güç vermekten ve bu arada besleme voltajı da stabilize olan giriş seçici rölesinden sorumludur. . PA'nın arka panelindeki konektöre bağlı bir +5 V çıkışı da uygulandı - bu, amplifikatörlerimde herhangi bir harici üniteyi aynı anda açmak için zaten bir tür standarttır. Bu amplifikatör, örneğin +5 V'luk bir kontrol voltajı uygulandığında açılacak olan daha güçlü monobloklar için bir amplifikasyon anahtarlama cihazı (ön amplifikatör) olarak çalışabilir.

Geliştirme sürecinin daha da ilerlemesi tam teşekküllü bir güç kaynağının varlığını gerektirdiğinden, ilk önce amplifikatör güç kaynağı inşa edildi, böylece ilk başlatma, deneyler ve konfigürasyon gerçek çalışma koşullarına yakın bir modda gerçekleştirilebildi. Tüm güç devrelerinin başarılı bir şekilde başlatılmasından sonra, PA kartına bir giriş seçici, bir açma gecikmesi ve hoparlör koruma ünitesinin yanı sıra çıkışta bir BUF634T (BUF41) içeren bir kompozit amplifikatör monte edildi. Yukarıda belirtildiği gibi, bu 41'inci tamponun düşük hareketsiz akımı vardır ve bir radyatöre kurulum gerektirmez, ancak kulaklıklar artık amplifikatör çıkışına kolayca bağlanarak ölçümlerle birlikte işitsel kontrolü mümkün kılmıştır. Her kanalda bir çıkış tamponu bulunan devrede hata ayıklamayı bitirdikten sonra geriye kalan tek şey kalan 80 parçayı lehimlemekti. ve bunun sonucunda ne olacağını görün. Olumlu bir sonuç garantim yoktu ve olamazdı - diğer geliştiriciler tarafından başarıyla uygulanan benzer projeler hakkında hiçbir bilgi yoktu. Bildiğim kadarıyla şu anda ne Rusya'da ne de yurt dışında benzer performansa sahip paralel op-amp'lere dayalı tasarımlar yok.

Sonuç yine olumluydu. Amplifikatör, tüm anahtarlama konektörlerinin sabitlendiği alüminyum çubuklardan yapılmış sert bir şasi üzerine monte edildiğinden (fotoğraf 1), onu muhafaza olmadan ses sistemine bağlamak mümkün oldu. İlk seçmeler başladı, ancak biraz sonra bununla ilgili daha fazla bilgi vereceğim - önce bazı parametreler vereceğim:

Çıkış Gücü: 20W/4ohm, 10W/8ohm (Sınıf A)

Bant genişliği: 0 Hz – 5 MHz (CD girişi)

1,25Hz - 5 MHz (AUX, Bant, LP girişleri)

Çıkış voltajı değişim hızı: 250 V/μs'den fazla

Kazanç: 26dB

Çıkış empedansı: 0,004 ohm

Giriş empedansı: 47 kOhm

Giriş hassasiyeti: 500 mV

Sinyal-gürültü oranı: 113,4 dB

Güç tüketimi: 75 W

Güç kaynağı gücü: 320 W

Genel boyutlar, mm: 450x132x390 (bacakların yüksekliği hariç)

Ağırlık: 18 kg

Parametrelere dayanarak, devreye bakmadan bile amplifikatörün giriş ve çıkış filtrelerinin yanı sıra harici frekans düzeltme devrelerine sahip olmadığı açıktır. Ancak stabil olduğunu ve ekransız ara bağlantı kablolarıyla bile harika çalıştığını belirtmekte fayda var. Neredeyse maksimum çıkış voltajı seviyesinde 8 Ohm yükte 2 kHz 5V/bölmeli kare dalganın osilogramı bu bakımdan oldukça bilgilendiricidir (Foto 2).

Benim bakış açıma göre bu, "topraklama" iletkenlerinin doğru kablolanmasından ve ayrıca geniş kesit alanlarından kaynaklanmaktadır: 4 m2'den. 10 m2'ye kadar. (baskılı devre kartlarındaki parçalar dahil).

10 kHz, 20 kHz ve 100 kHz frekanslarında alınan osilogramlar vardır, ancak yüksek frekanslarda testler düşük sinyal seviyesiyle gerçekleştirilmiştir, bu nedenle girişte yüksek empedanslı bir ses kontrolünün yanı sıra R-C Zobel de mevcuttur. O sırada hala mevcut olan PA çıkışındaki devre zaten etkiliyordu ( kare dalga 100 kHz 50 mV/div - fotoğraf 3).

Ev ses sistemini ilk dinlediğinizde, cihazın ses çıkardığı ve onunla turneye çıkabilmeniz için bir kasa sipariş etme zamanının geldiği anlaşıldı :) Çalışmaların tamamlanmasının üzerinden 5 yıldan fazla zaman geçti proje ve ilk dinleme. Bu süre zarfında, tanınmış üreticilerin özel tüp ve transistör PA'larına ve ayrıca üst düzey orijinal tasarımlara sahip amplifikatörün karşılaştırmalı seçmeleri düzinelerce (kaba tahminlere göre 70'den fazla) gerçekleştirildi. Alınan uzman değerlendirmelerine dayanarak, amplifikatörün ses doğallığı açısından, negatif geri besleme kullanılmadan inşa edilen çoğu itme-çekme ve tek uçlu tüp ve transistörlü amplifikatörden daha düşük olmadığını, ancak müzikal olarak bunları önemli ölçüde aştığını söyleyebiliriz. çözünürlük. Pek çok tüp sesi sever ve OOS'suz tek çevrimli PA'ların taraftarları, bu tasarımda negatif geri besleme çalışmasının pratikte "duyulabilir" olmadığını ve devrede itme-çekme çıkış aşamalarının varlığının "herhangi bir gösterge vermediğini" fark ettiler. .

Amplifikatör çeşitli akustiğe bağlandı - bunlar arasında tanınmış Rus üreticilerin hoparlörleri vardı: Alexander Klyachin (modeller: MBV (MBS), PM-2, N-1, Y-1), Alexander Knyazev'in korna hoparlörleri, kitaplık hoparlörleri Tulip Acoustics'ten profesyonel hoparlörler, Orta ve yüksek fiyat kategorilerindeki yabancı markaların hoparlörleri: Klipsh, Jamo, Cerwin Vega, PBN Audio, Monitor Audio, Cabasse ve diğerleri, farklı hassasiyet ve giriş empedansına sahip, karmaşık ve basit geçiş filtrelerine sahip çok bantlı, geçiş filtreleri olmayan geniş bant, farklı akustik tasarıma sahip hoparlörler. Belirli bir tercih belirlenmemiştir, ancak PA en iyi şekilde, tam düşük frekans aralığına sahip ve çıkış gücü düşük olduğundan tercihen daha yüksek hassasiyete sahip, zeminde duran akustikte ortaya çıkar.

İlk aşamada seçmeler "sportif" ilgi amacıyla düzenlenmiyordu - asıl görevi seste düzeltilmeye çalışılabilecek her türlü eseri belirlemekti. Bu açıdan çok bilgilendirici ve faydalı dinleme oturumları, amplifikatörün sesini 4 farklı hoparlör modelinde aynı anda değerlendirme fırsatının bulunduğu Alexander Klyachin'in ses sistemindeydi ve bu hoparlörlerden birini beğendim (Y -1) o kadar ki kısa sürede ev ses sistemimin bileşenleri haline geldiler (Fotoğraf 4). Doğal olarak, ürünüm hakkında yüksek bir değerlendirme ve geniş deneyime sahip bir ses uzmanından bazı yorumlar almak çok hoştu.

Ünlü Rus Hi-End ustası Yuri Anatolyevich Makarov'un (fotoğraf 5, dinleme sırasında PA), özel donanımlı bir dinleme odasında inşa edilen ve her bakımdan referans olan ses sistemi, bu amplifikatörün tasarımında büyük ayarlamalar yaptı: Zobel devresi PA çıkışından çıkarıldı ve izolasyon kapasitörünü bypass ederek ana giriş yapıldı. Bu ses sisteminde her şeyi ve hatta daha fazlasını duyabilirsiniz, bu nedenle amplifikatörün sesine ince ayar yapma sürecinde katkısını ve Yuri Anatolyevich'in tavsiyelerini abartmak zordur. Ses sisteminin bileşimi: kaynak - taşıma ve ayrı bir Mark Levinson 30.6 güç kaynağına sahip DAC, PBN Audio'dan Montana WAS hoparlörler, tavizsiz tek uçlu tüp amplifikatör "Emperor" ve Yu.A. tarafından tasarlanan tüm anti-faz kablolar. Makarova. Montana WAS hoparlörünün 16 Hz'lik (-3 dB) alt sınırlayıcı frekansı, bir bağlantı kapasitörünün ve oldukça yüksek kaliteli olanın (MKP Intertechnik Audyn CAP KP-SN) "katkısını" değerlendirmeyi mümkün kıldı, müzik sinyalinin düşük frekans aralığının bozulmasına ve ses sisteminin en yüksek müzik çözünürlüğüne - R-C Zobel devresi biçiminde negatif darbe çıkış filtresini duymak için; amplifikatör ve kısa süre sonra tahtadan çıkarıldı. 100 Ohm'dan 600 Ohm'a kadar harici düşük Ohm ses seviyesi kontrollerini bağlamak (standart RG maksimum konuma ayarlandı), amplifikatörümde kullanılan yüksek kaliteli ayrık DACT 50 kOhm regülatörün bile bu regülatörle değiştirilmesinin güzel olacağını anlamamı sağladı. daha düşük bir değer (bana bağlı harici olanlardan). 600 Ohm RG en iyisi gibi görünüyordu), ancak bunun için pek çok şeyin yeniden yapılması gerekecekti ve bunun ve diğer birikmiş iyileştirmelerin daha iyi bir şekilde uygulanmasına karar verildi. yeni proje.

Amplifikatörün 2011'deki Sergiye katılımından (fotoğraf 6), ticari olmayan tek proje olarak bahsetmeye değer, materyali Ocak 2012'de Stereo&Video dergisinde yayınlandı ve amplifikatöre "yılın keşfi" adı verildi. Gösteri, 93 dB hassasiyete ve 8 ohm dirence sahip olan Tulip Acoustics hoparlörlerle gerçekleştirildi ve işin tuhafı, mevcut 10 W/8 ohm, yüksek seviyede arka plan gürültüsü olan geniş bir salon için yeterliydi. Her Watt çıkış gücünün güç kaynağının enerji kapasitesi tarafından yeterince sağlandığı A sınıfı bir amplifikatörden 10 W, gözlemlerime göre, daha yüksek çıkış gücüne sahip bir amplifikatörün sesinden öznel olarak daha yüksek algılanıyor, ancak son aşamalar çıplak bir lehim üzerinde bulunur.

Sergiden sonra projeyi tekrarlamak isteyenlerden e-posta ve forumlardan kişisel mesaj yoluyla daha sık talep aldım, ancak bazı zorluklar ortaya çıktı - herkese bilgi desteği sağlandı, ancak panolarım her ikisinde de grafik kağıdına çizildi kağıt yarı saydam olduğundan dosyaya taramaya uygun değildi ve sonuç neredeyse okunmaz bir çizimdi. Bitmiş bir baskılı devre kartı olmadan tasarımın tekrarlanması çok zorlaştı ve coşku azaldı. Şimdi portal forumunda Vegalab. ru, Yazarı, Rusça forumlarda tanınmış bir PCB düzeni uzmanı olan Ryazan'dan Vladimir Lepekhin olan kartın elektronik bir versiyonu mevcuttur. Kart ücretsiz olarak mevcuttur, bu amplifikatörle ilgili konunun ilk mesajında ​​ona bir bağlantı bulunmaktadır. Konuyu bulmak çok kolay: Yandex'in arama çubuğuna veya başka bir arama programına “Prophetmaster amplifikatör” ifadesini yazmanız yeterli. Forum katılımcılarından biri bu panodaydı. Vegalab- Gomel'den Sergey (Serg138) bu projeyi tekrarlamayı ve çok iyi bir sonuç almayı başardı. PA'nın bu uygulamasına ilişkin bilgiler ve tasarımının fotoğrafları, ilk yazıdaki bağlantıları takip ederek ilgili başlıkta da bulunabilir.

Bazı ipuçları:

Elektrolitik kapasitörleri seçerken kendi ESR ve kaçak akım ölçümlerime rehberlik ettim, bu yüzden orijinal Jamicon'u kullandım. "Orijinal" kelimesini özellikle ekledim çünkü bunlar çok sık taklit ediliyor ve birçoğu muhtemelen bu üreticinin markası altında düşük kaliteli ürünlerle karşılaşmış durumda. Ancak gerçekte bunlar ses devrelerine güç sağlamak için kullanılabilecek en iyi kapasitörlerden bazılarıdır.

Ses seviyesi kontrolü DACT 50 kOhm'a ayarlanmıştır. Şimdi, en düşük değerleri olan 10 kOhm'u seçerdim veya 600 Ohm'luk sabit giriş ve çıkış direncine sahip bir Nikitin röle regülatörü kullanırdım. RG tipi ALPS RK-27 çok daha kötü olacaktır ve kullanılması önerilmez.

Toplamda, elektrolit şöntlere 90 μF'den fazla film kapasitör yerleştirilmiştir. Panolarımda tesadüfen aldığım 70'lerden kalma "vintage" Evox var, ancak polipropilen Rifa PEH426, Wima MKP4, WimaMKP10 daha kötü olmayacak.

Güç bölümündeki röleler, AC koruma ve yumuşak başlatma için Finder'ı öneririm ve giriş seçici için yalnızca parametrelerinde minimum anahtarlama akımına sahip röleleri kullanmanız gerekir. Bu tür rölelerin çok az modeli var, ancak varlar.

Son aşamaya güç sağlamada yerli yüksek hızlı doğrultucu diyotlar KD213 (10 A) veya KD2989 (20 A), ithal edilenlerin çoğundan daha iyi olacaktır.

Amplifikatörün devre tasarımının oldukça basit olduğunu belirtmek isterim, ancak bu kadar yüksek hızlı ve geniş bantlı mikro devrelerle çalışmak için uygun becerilere ve ölçüm araçlarına ihtiyacınız var - bir fonksiyon üreteci, en az 30 MHz bant genişliğine sahip bir osiloskop (tercihen 50 MHz).

Sonuç olarak, deneylerin sonuçlarına dayanarak ve bu proje üzerinde çalışırken ve onu takip eden iyileştirmeler sırasında çıkardığım sonuçların mutlak gerçek olduğunu iddia etmediğini söylemek isterim. Bu durumda yüksek kaliteli ses olan hedefe ulaşmanın pek çok yolu vardır ve bunların her biri, bireysel olarak olumlu sonuç vermeyebilecek bir dizi önlemi içerir. Bu nedenle bu alanda basit tarifler yoktur.

Amplifikatörün Danimarkalı DACT şirketinin web sitesindeki fotoğrafları:

Saygılarımla, Oleg Shamankov ( Peygamber Efendisi)

Tampon Yükselteçleri

Bu bölümde sadece gerilim takipçilerini ele alacağız (bkz. Şekil 2), akım takipçileri uygun geri besleme devreleri seçimi kullanılarak oluşturulmuştur. Tekrarlayıcılar (tamponlar) birlik kazancına ve son derece yüksek giriş ve düşük çıkış empedanslarına sahiptir. Temel bir op-amp devresinde giriş empedansı, giriş bileşenleri ve op-amp'in kendi özellikleri tarafından belirlenir. Bir tampon devresinde giriş empedansı yalnızca op-amp'in özelliklerine göre belirlenir. Dolayısıyla böyle bir devrenin giriş empedansı yalnızca işlemin özelliklerine bağlıdır.

amplifikatör. Temel bir devrede, giriş bileşenleri giriş sinyalini yükler; bu, sinyal kaynağının yüksek çıkış empedansına sahip olması durumunda istenmeyen bir durumdur. Giriş empedansını arttırma sorunu tampon veya enstrümantasyon amplifikatörleri kullanılarak çözülür. Op-amp'in çıkış empedansının karmaşık bir fonksiyon olduğu unutulmamalıdır çünkü geri besleme devrelerinden etkilenir. Çıkış empedansı üzerindeki belirleyici etki, çıkış katının direncidir. Tipik olarak çıkış katı, r ib + R B /P olarak tanımlanan ve tipik değeri 25 olan düşük çıkış empedansına sahip bir emitör takipçisidir. Q. Verici takipçisinin çıkış empedansı artan frekansla birlikte artar ve hareketli kutuplar oluşur (kutuplar keskin noktalardır)

Tablo 1. Şekil 2'deki temel devre bileşenlerinin boyutları değiştirilerek çeşitli devrelerin oluşturulması. 1

frekans yanıtındaki değişiklikler) ve yüksek frekanslarda hatalara neden olur. Sinyal aralığı besleme voltajı aralığına eşit olan işlemsel yükselteçlerde (raydan raya yükselteçler olarak adlandırılan) durum daha da kötüdür, çünkü içlerindeki çıkış aşaması ortak bir toplayıcıya sahip bir devreye göre inşa edilmiştir; bu durumda toplam empedans yüke bağlıdır ve birkaç kiloohma kadar önemli değerlere ulaşabilir. Bu durumda, çıkış aşamasının empedansını etkileyen ve onu önemli ölçüde azaltabilen döngü kazancının doğru seçimi yardımcı olabilir. Sonuç olarak, doğru akımda ve düşük frekans bölgesinde, işlemsel yükselticinin çıkış empedansının bir ohm'un kesirlerine kadar çok düşük değerleri elde edilebilir. Çıkış empedansı frekansla birlikte artar çünkü frekans arttıkça op amp'in kazancı azalır. Yüksek çıkış empedansı iki soruna yol açar; yük akımlarının sinyal üzerindeki etkisi ve çıkış kapasitörlerinin oluşturduğu kutuplardan kaynaklanan kararlılık sorunları. Yüksek yük akımlarıyla çalışırken en iyi çözüm, bu amaç için özel olarak tasarlanmış op-amp'lerin kullanılmasıdır. Birkaç yıl önce, sonlandırılmış bir kablo üzerinde çalışmak için özel tampon aşamaları kullanıldı (bu, birkaç yüz miliamper çıkış akımı gerektirir), ancak şu anda böyle bir yükü kolayca çalıştırabilen özel olarak tasarlanmış işlemsel yükselteçler var. Avantajı

Tipik bir op-amp devresine kıyasla avantajı, tamponun her zaman daha düşük bir empedansa sahip olmasıdır, çünkü döngü kazancı maksimuma çıkarılır ve çıkış aşaması da empedansı en aza indirecek şekilde tasarlanmıştır. Kapasitif yüklerle ilgili olarak, farklı op-amp'ler farklı davranır; bazıları kararsız hale gelirken, diğerlerinde bu tür sorunlar yoktur. Yüksek kapasitanslı yükleri sürebilen işlemsel yükselteçlerin çıkış aşaması direnci çok düşüktür, ancak hız kaybederler çünkü daha büyük çıkış transistörleri gerektirir. Yukarıdakileri özetlemek gerekirse, çıkış empedansı gereksinimlerine bağlı olarak tasarımcının bir işlemsel yükselteç, bir tampon veya bir güç yükselticisi seçmesi gerekir.

Bir voltaj takipçisi mümkün olan en basit negatif geri besleme amplifikatörüdür (NFA). Çıkış voltajı giriş voltajına tam olarak eşittir. Farklı değilse, o zaman şunu sorabilirsiniz: hiçbir şeyi değiştirmeyecekse bu neden gerekli?

Mesele şu ki akımdan değil voltajdan bahsediyoruz. Böylece voltaj takipçisi sinyal kaynağından neredeyse hiç akım tüketmez ve çıkışından oldukça yüksek bir akım almanızı sağlar.

Çoğu zaman çıkış akımı çok düşük olan aktif radyo bileşenleriyle uğraşmak zorundayız. Böyle bir bileşenin örneği veya'dır. Bunlara düşük dirençli elemanların bağlanması, bu kaynaklar tarafından üretilen çıkış sinyalinin voltajını azaltacaktır.

Böyle bir durumda voltaj takipçisi kullanmak mantıklıdır. Yüksek bir giriş empedansına sahiptir, bu nedenle giriş sinyalini azaltmaz veya bozmaz ve ayrıca LED gibi çok fazla güç tüketen bileşenleri bağlamanıza olanak tanıyan düşük bir çıkış empedansına sahiptir.

Bir voltaj takipçisinin nasıl çalıştığını anlamak için bir op-amp'in çalışmasını yöneten üç temel kuralı bilmeliyiz:

Kural No. 1 - işlemsel yükselteç, girişteki çıkışını OOS (negatif geri besleme) aracılığıyla etkiler, bunun sonucunda hem ters çeviren (-) hem de ters çevirmeyen (+) her iki girişteki voltaj eşitlenir.

Kural No. 2 - amplifikatör girişleri akım tüketmez

Kural No. 3 - giriş ve çıkışlardaki voltajlar, op-amp'in pozitif ve negatif besleme voltajı arasındaki aralıkta olmalıdır.

Giriş voltajının 3V olduğunu ve çıkışta şu anda 1V olduğunu varsayalım. Ne olacak? Amplifikatör, evirici giriş (-) ile evirici olmayan giriş (+) arasında 2V'luk bir fark olduğunu belirler.

Bu nedenle 1 numaralı kurala göre çıkış voltajı, girişlerdeki voltajlar eşit oluncaya kadar artar. Çıkışın doğrudan evirici girişe (-) bağlanmasıyla durum daha da basitleştirilir ve bu, kaçınılmaz olarak bu iki terminaldeki voltajın aynı olmasına yol açar.

Çoğu zaman, bir voltaj takipçisi devresinde, geri besleme devresinde ek bir direnç bulabilirsiniz. Daha fazla doğruluğun gerekli olduğu yerlerde gereklidir. Kural #1 ve #2, gerçekte var olmayan ideal bir op-amp'e atıfta bulunur.

Girişlerdeki voltajlar tam olarak aynı olmayabilir; içlerinden küçük bir akım akar, dolayısıyla çıkış voltajı giriş voltajından birkaç milivolt farklı olabilir. Direnç R bu eksikliklerin etkisini azaltmak için tasarlanmıştır. Sinyal kaynağının direncine eşit bir dirence sahip olmalıdır.

Bana sık sık analog elektronikle ilgili sorular sormaya başladılar. Oturum öğrencileri olduğu gibi kabul etti mi? ;) Tamam, küçük bir eğitici aktivitenin tam zamanı. Özellikle işlemsel yükselteçlerin çalışması hakkında. Nedir, neyle yenir ve nasıl hesaplanır?

Bu nedir
İşlemsel yükselteç, iki girişi olan bir yükselticidir, asla... hımm... yüksek sinyal kazanımı ve bir çıkış. Onlar. U dışarı = K*U içeri var ve K ideal olarak sonsuza eşittir. Pratikte elbette rakamlar daha mütevazı. 1.000.000 diyelim ama doğrudan uygulamaya kalktığınızda bu rakamlar bile aklınızı karıştırıyor. Bu nedenle, anaokulunda olduğu gibi, bir Noel ağacı, iki, üç, birçok Noel ağacı - burada çok fazla takviyemiz var;) Ve bu kadar.

Ve iki girişi var. Ve bunlardan biri direkt, diğeri ise terstir.

Üstelik girişler yüksek empedanslıdır. Onlar. giriş empedansı ideal durumda sonsuzdur ve gerçek durumda ÇOK yüksektir. Buradaki sayı yüzlerce MegaOhm'a, hatta gigaohm'a kadar çıkıyor. Onlar. girişteki voltajı ölçer, ancak üzerinde minimum etkisi vardır. Ve op-amp'te hiçbir akımın akmadığını varsayabiliriz.

Bu durumda çıkış voltajı şu şekilde hesaplanır:

U çıkışı =(U 2 -U 1)*K

Açıkçası, eğer doğrudan girişteki voltaj ters girişteki voltajdan daha büyükse, o zaman çıkış artı sonsuzdur. Aksi takdirde eksi sonsuz olacaktır.

Elbette gerçek bir devrede sonsuz artı ve eksi olmayacak ve bunların yerini amplifikatörün mümkün olan en yüksek ve en düşük besleme voltajı alacak. Ve şunu elde edeceğiz:

Karşılaştırıcı
İki analog sinyali karşılaştırmanıza ve hangi sinyalin daha büyük olduğuna karar vermenize olanak tanıyan bir cihaz. Zaten ilginç. Bunun için birçok uygulama bulabilirsiniz. Bu arada, aynı karşılaştırıcı çoğu mikrodenetleyicide yerleşiktir ve yaratılışla ilgili makalelerde AVR örneğini kullanarak bunun nasıl kullanılacağını gösterdim. Karşılaştırıcı aynı zamanda oluşturmak için de mükemmeldir.

Ancak mesele tek bir karşılaştırıcıyla sınırlı değil, çünkü geri bildirim sağlarsanız op-amp'ten çok şey yapılabilir.

Geri bildirim
Çıkıştan bir sinyal alıp doğrudan girişe gönderirsek geri bildirim oluşacaktır.

Olumlu geribildirim
Sinyali doğrudan çıkıştan alıp doğrudan girişe sürdürelim.

• U1 voltajı sıfırdan büyük - çıkış -15 volt
• U1 voltajı sıfırdan düşük - çıkış +15 volt

Gerilim sıfırsa ne olur? Teorik olarak çıktının sıfır olması gerekir. Ancak gerçekte voltaj ASLA sıfır olmayacaktır. Sonuçta, sağdakinin yükü soldakinin yükünden birer birer ağır bassa bile, bu, potansiyeli sonsuz bir kazançla çıkışa yönlendirmek için zaten yeterlidir. Ve çıkışta her şey başlayacak - sinyal, karşılaştırıcının girişlerinde indüklenen rastgele bozulmaların hızıyla oraya buraya atlar.

Bu sorunu çözmek için histerezis tanıtıldı. Onlar. bir durumdan diğerine geçiş arasında bir tür boşluk. Bunu yapmak için aşağıdaki gibi olumlu geri bildirimler sunulur:

Şu anda ters girişte +10 volt olduğunu varsayıyoruz. Op-amp'in çıkışı eksi 15 volttur. Doğrudan girişte artık sıfır değil, bölücüden gelen çıkış voltajının küçük bir kısmı. Yaklaşık -1,4 volt Artık ters girişteki voltaj -1,4 voltun altına düşene kadar op-amp çıkışı voltajını değiştirmeyecektir. Ve voltaj -1,4'ün altına düştüğünde, op-amp'in çıkışı keskin bir şekilde +15'e sıçrayacak ve doğrudan girişte zaten +1,4 voltluk bir önyargı olacaktır.

Karşılaştırıcının çıkışındaki voltajı değiştirmek için U1 sinyalinin +1,4 üst seviyesine ulaşması için 2,8 volt kadar artması gerekecektir.

Duyarlılığın olmadığı yerde 1,4 ile -1,4 volt arasında bir çeşit boşluk ortaya çıkıyor. Boşluğun genişliği R1 ve R2'deki dirençlerin oranları ile kontrol edilir. Eşik voltajı Uout/(R1+R2) * R1 olarak hesaplanır. 1'den 100'e +/-0.14 volt verecektir diyelim.

Ancak yine de op-amp'ler negatif geri besleme modunda daha sık kullanılır.

Olumsuz geribildirim
Tamam, başka bir şekilde ifade edelim:

Negatif geri besleme durumunda op-amp'in ilginç bir özelliği vardır. Her zaman çıkış voltajını, girişlerdeki voltajlar eşit olacak şekilde ayarlamaya çalışacak ve bu da sıfır fark yaratacaktır.
Bunu Horowitz ve Hill yoldaşların harika kitabında okuyana kadar, OU'nun çalışmalarına giremedim. Ama basit olduğu ortaya çıktı.

Tekrarlayıcı
Ve bir tekrarlayıcımız var. Onlar. U 1 girişinde, ters girişte U out = U 1. U dışarı = U 1 olduğu ortaya çıktı.

Soru şu: Neden böyle bir mutluluğa ihtiyacımız var? Kabloyu doğrudan bağlamak mümkündü ve op-amp'e ihtiyaç duyulmuyordu!

Bu mümkündür, ancak her zaman değil. Şu durumu hayal edelim: Dirençli bölücü şeklinde yapılmış bir sensör var:

Daha düşük direnç değerini değiştirir, çıkış gerilimlerinin bölücüden dağılımı değişir. Ve bir voltmetre ile ondan okumalar almamız gerekiyor. Ancak voltmetrenin büyük de olsa kendi iç direnci vardır, ancak sensörden gelen değerleri değiştirecektir. Üstelik voltmetre istemiyoruz ama ampulün parlaklığını değiştirmesini istiyorsak ne olur? Artık buraya bir ampul bağlamanın yolu yok! Bu nedenle çıkışı bir işlemsel yükselteçle tamponlarız. Giriş direnci çok büyük ve etkisi minimum düzeyde olacak ve çıkış, bir ampulü çalıştırmak için oldukça yeterli olan oldukça dikkat çekici bir akım (onlarca miliamper, hatta yüzlerce) sağlayabilir.
Genel olarak tekrarlayıcı için uygulamalar bulabilirsiniz. Özellikle hassas analog devrelerde. Veya bir aşamanın devresinin, onları ayırmak için diğer aşamanın çalışmasını etkileyebildiği yer.

Amplifikatör
Şimdi kulaklarımızla bir yanılsama yapalım - geri bildirimimizi alın ve onu bir voltaj bölücü aracılığıyla toprağa bağlayın:

Artık çıkış voltajının yarısı ters girişe veriliyor. Ancak amplifikatörün yine de girişlerindeki voltajları eşitlemesi gerekiyor. Ne yapması gerekecek? Bu doğru - ortaya çıkan bölücüyü telafi etmek için çıkışınızdaki voltajı öncekinin iki katı kadar yükseltin.

Şimdi düz çizgi üzerinde U 1 olacak. Ters U çıkışında /2 = U 1 veya U çıkışı = 2*U 1.

Farklı orana sahip bir bölen koyarsak durum aynı şekilde değişecektir. Gerilim bölücü formülünü kafanızda çevirmenize gerek kalmaması için hemen vereyim:

U çıkış = U 1 *(1+R 1 /R 2)

Neyin çok basit olana bölündüğünü hatırlamak anımsatıcıdır:

Giriş sinyalinin U çıkışındaki R2, R1 direnç zincirinden geçtiği ortaya çıktı. Bu durumda amplifikatörün doğrudan girişi sıfıra ayarlanır. Op-amp'in alışkanlıklarını hatırlayalım - ters girişinde doğrudan girişe eşit bir voltajın üretilmesini sağlamak için kancayla veya dolandırıcılıkla deneyecektir. Onlar. sıfır. Bunu yapmanın tek yolu, çıkış voltajını sıfırın altına düşürerek 1 noktasında sıfırın görünmesini sağlamaktır.

Bu yüzden. U çıkışının =0 olduğunu düşünelim. Hala sıfır. Ve örneğin giriş voltajı U çıkışına göre 10 volttur. R1 ve R2'nin bir böleni onu ikiye bölecektir. Böylece 1. noktada beş volt vardır.

Beş volt sıfır değildir ve op amp, çıkışını 1 noktası sıfır olana kadar düşürür. Bunun için çıkışın (-10) volt olması gerekir. Bu durumda girişe göre fark 20 volt olacak ve bölücü bize 1 noktasında tam olarak 0 sağlayacaktır. Bir invertörümüz var.

Ancak bölücümüzün farklı katsayılar üretmesi için başka dirençler de seçebiliriz!
Genel olarak böyle bir amplifikatörün kazanç formülü aşağıdaki gibi olacaktır:

U çıkış = - U giriş * R 1 / R 2

Xy'yi xy'den hızlı bir şekilde ezberlemek için anımsatıcı bir resim.

Diyelim ki U 2 ve U 1'in her biri 10 volt. Daha sonra 2. noktada 5 volt olacaktır. Ve çıktının 1. noktada da 5 volt olacak şekilde olması gerekecek. Yani sıfır. Böylece 10 volt eksi 10 voltun sıfıra eşit olduğu ortaya çıktı. Bu doğru :)

U 1 20 volt olursa, çıkışın -10 volta düşmesi gerekecektir.
Hesabı kendiniz yapın; U 1 ile U çıkışı arasındaki fark 30 volt olacaktır. R4 direncinden geçen akım (U 1 -U çıkış)/(R3 +R 4) = 30/20000 = 0,0015A olacaktır ve R4 direncindeki voltaj düşüşü R4 *I4 = 10000 * 0,0015 = olacaktır. 15 volt. 15 voltluk düşüşü 20 giriş düşüşünden çıkarın ve 5 volt elde edin.

Böylece, op-amp'imiz 10'dan 20'yi çıkararak -10 volt elde eden bir aritmetik problemini çözdü.

Ayrıca problem dirençlerin belirlediği katsayıları da içermektedir. Sadece basitlik açısından aynı değerdeki dirençleri seçtim ve bu nedenle tüm katsayılar bire eşittir. Ancak aslında, eğer keyfi dirençler alırsak, çıktının girdiye bağımlılığı şöyle olacaktır:

U çıkışı = U 2 *K 2 - U 1 *K 1

K2 = ((R3 +R4) * R6) / (R6 +R5)*R4
K 1 = R3 / R4

Katsayıları hesaplama formülünü hatırlamaya yönelik anımsatıcı teknik aşağıdaki gibidir:
Şemaya göre doğru. Kesirin payı en üstte olduğundan, akım akış devresindeki üst dirençleri toplayıp alttakiyle çarpıyoruz. Payda altta olduğundan alt dirençleri toplayıp üsttekiyle çarpıyoruz.

Burada her şey basit. Çünkü 1 noktası sürekli olarak 0'a düşürülürse, o zaman ona akan akımların her zaman U/R'ye eşit olduğunu ve 1 numaralı düğüme giren akımların toplandığını varsayabiliriz. Giriş direncinin geri besleme direncine oranı, gelen akımın ağırlığını belirler.

İstediğiniz kadar dal olabilir ama ben sadece iki tane çizdim.

U çıkış = -1(R 3 *U 1 /R 1 + R 3 *U 2 /R 2)

Girişteki (R 1, R 2) dirençler akım miktarını ve dolayısıyla gelen sinyalin toplam ağırlığını belirler. Eğer benimki gibi tüm dirençleri eşit yaparsanız, o zaman ağırlık aynı olacak ve her terimin çarpım faktörü 1'e eşit olacaktır. Ve U out = -1(U 1 +U 2)

Ters çevirmeyen toplayıcı
Burada her şey biraz daha karmaşık ama benzer.

Uçıkış = U 1 *K 1 + U 2 *K 2

K 1 = R 5 / R 1
K2 = R5 / R2

Ayrıca, geri beslemedeki dirençler, R3 / R4 = K 1 + K 2 denklemine uyulacak şekilde olmalıdır.

Genel olarak işlemsel yükselteçleri kullanarak her türlü matematiği yapabilir, ekleyebilir, çarpabilir, bölebilir, türev ve integralleri hesaplayabilirsiniz. Ve neredeyse anında. Analog bilgisayarlar op-amp'ler kullanılarak yapılır. Hatta bunlardan birini SUSU'nun beşinci katında gördüm; yarım oda büyüklüğünde bir aptal. Birkaç metal dolap. Program farklı blokların kablolarla bağlanmasıyla yazılır :)

Tampon aşamaları kademelerin veya cihazların giriş ve çıkış empedanslarını eşleştirmek ve yük kapasitelerini artırmak için ses mühendisliğinde yaygın olarak kullanılır. Elbette böyle bir kademenin gürültü, distorsiyon ve performans açısından yüksek özelliklere sahip olması gerekir.

Elbette mükemmel tampon aşaması- bu onun yokluğudur, ancak onsuz yapmanın bir yolu olmadığı için mümkün olduğu kadar şeffaf olmasını, yani sinyal üzerinde minimum etkiye sahip olmasını ve mümkünse basit olmasını isterim. Tipik olarak tampon aşamaları düşük sinyal seviyeleriyle ve nispeten düşük besleme voltajıyla çalışır, bu da bu sorunun çözümünü çok daha kolaylaştırır

Tampon kademesinin önerilen versiyonunda Olumsuz geri bildirim kullanılmaz("tüp hayranları" ve gerçek müzik tutkunlarının pek hoşlanmadığı), bu sayede yolda gerçekten neredeyse görünmezdir. Bozulmayı azaltmak için Hawksford yöntemine benzer bir hata düzeltme yöntemi kullanılır. Sonuç olarak, çok basit bir devre tasarımıyla tampon, son derece düşük düzeyde bozulmaya, aynı düşük gürültü düzeyine ve yüksek performansa sahiptir. Bunun için ideal yer bir DAC veya ön yükselticinin çıkışıdır.

Benzer bir prensibi kullanarak Malcolm Hawksford, DAC'si için bir akım-gerilim dönüştürücüsünde bir çıkış tamponu oluşturdu ve bundan çok memnun kaldı.

Prototipten farklı olarak, bu devre doğru ve alternatif akımlarla çalışır ve ilk aşamanın öngerilimlendirilmesini gerektirmez (her ne kadar hassas termal kompanzasyon gerekiyorsa devrede bir öngerilim elemanı belirtilmiş olsa da).

İLKE ŞEMASI.

Tamponun şematik diyagramı şekilde gösterilmektedir:

Büyütmek için tıklayın

Kısaca yöntemin özü şudur. Transistörler T3 ve T4 bir akım aynasıdır. Çıkış akımları giriş ve çıkış transistörlerine güç sağlar. Böylece akımın bir transistörden (Q1) değiştirilmesi benzer diğerinden geçen akımdaki değişiklikler (T2). Transistörlerin tamamlayıcı olması nedeniyle karakteristiklerinin doğrusal olmaması için karşılıklı dengeleme meydana gelir.

ŞEMANIN ÖZELLİKLERİ.

• Toplam harmonik bozulma: tipik değer -%0,001'den az, bir prototip üzerinde ölçüldü - 0.00025%!
• Doğrusal Bozulma: Bozulma, 55KHz'in üzerindeki frekanslarda iki katına çıkar ve daha sonra her oktavda iki katına çıkar.
• Gürültü Seviyesi: 1kHz'de 138db'nin altında
• Frekans bandı: 50 MHz'den fazla (kullanılan transistörlere bağlı olarak).
• Sinyal sınırı: +4,9V -6,3V
• Maksimum çıkış akımı: -10mA
• Giriş empedansı: 10k - 100k (giriş devrelerine bağlı olarak aşağıya bakın).
• Çıkış empedansı:<52R.
• Çıkış sıfır ofseti: 5 mV'den az.

İnşaat ve ayrıntılar.

Tekrarlama kolaylığı sağlamak amacıyla RadioGazeta Genel Yayın Yönetmeni, cihaz için bir baskılı devre kartı geliştirmiştir (45mm X 45mm):

PCB çizimini Layout formatında indirebilirsiniz.

Endüktans L1 bir ferrit boncuktur.
Kaskadın yüksek termal stabilitesini sağlamak için, T1-T3 ve T2-T4 transistörlerinin arka duvarlarına çiftler halinde yapıştırılması gerekir. Düzende şöyle görünüyordu:

TAMPON AYARLARI.

Bu devrede herhangi bir şey seçmek ve yapılandırmak istemiyorsanız, tüm sabit dirençleri devrede belirtilen değerlerle kurmanız yeterlidir. Bu yaklaşımla bile devre çok yüksek parametreler sağlar.

Mükemmellik için çabalıyorsanız sabırlı olun!

Maksimum kaliteyi elde etmek için, transistörleri bir partiden almak veya en azından bir Çin multimetresi kullanarak seçmek daha iyidir.

1. Öncelikle multimetreyi diyot test moduna getirin ve T4 ve T3 transistörlerinin Ube voltajını ölçün.
2. Elde edilen değerleri kullanarak direnç değerlerini hesaplıyoruz: R1=R2=(60mV+(UbeT4-UbeT3))/1mA
3. Ortaya çıkan değerlerle transistörleri ve dirençleri devreye lehimliyoruz.
4. Yerin girişini kısa devre yapıyoruz. R5 direncini kullanarak, pozitif kutuplu kaynak voltajının yarısını (+10V/2=+5V şemasına göre) “TP” kontrol noktasına ayarladık.
5. Devrenin çıkış voltajı genellikle 10mV'u geçmez. Bu sizin için kabul edilemeyecek kadar yüksekse, R9 düzelticiyi kullanarak mutlak sıfırı ayarlayabilirsiniz.
6. Gerekli cihazlara sahipseniz R1 düzelticiyi kullanarak doğrusal olmayan bozulmaları en aza indirebilirsiniz.

Bu, devrenin konfigürasyonunu tamamlar ve tüm kesme dirençlerinin en yakın değere sahip sabit dirençlerle değiştirilmesi önerilir.

GELİŞMELER VE İYİLEŞMELER.

1. BC3x7 serisi transistörler düşük gürültüye ve düşük iç dirence sahiptir. Ayrıca daha büyük bir kristale sahiptirler (BC550, BC560 ile karşılaştırıldığında), bu da termal ataletlerini artırır ve devreyi termal olarak daha kararlı hale getirir. Ancak bunlar düşük frekanslıdır ve devrenin hızını artırmak için eğer kullanılırlarsa T1 ve T2 akımlarının 2 mA'ya yükseltilmesi gerekecektir. Stabiliteyi arttırmak için giriş keskin nişancı elemanlarının değerlerini ayarlamak gerekebilir. Ancak BC5xx yerine BC3x7 transistör kullanmaya çalışanlar ses kalitesinden oldukça memnun kaldılar ve artık BC5xx'e geri dönmek istemiyorlar.
2. T1 ve T2 transistörlerinden geçen akımı artırarak tampon bant genişliğini daha da genişletebilirsiniz. Bu özellikle BC3x7 tipi transistörler kullanıldığında tavsiye edilir. Bunu yapmak için Uke T2 ile T4 arasındaki dengeyi korumak için R1 ve R2 dirençlerinin değerini azaltmanız ve R5'i artırmanız gerekir.
3. Tamponun giriş empedansı, R8 direncinin değeri 100k'ye yükseltilerek artırılabilir. Bu, çıkışta daha yüksek DC ofset voltajına neden olabilir ve besleme voltajı kararsızlığına karşı hassasiyeti artırabilir. Bununla birlikte, ön aşamalar çoğunlukla sabit bir kaynaktan güç alır ve bu sorun onlar için geçerli değildir.
4. Devrenin çıkış direnci R10 direnci kullanılarak azaltılabilir. Ancak 4,7 ohm'un altına ayarlanmamalıdır çünkü bu durumda devre uyarılabilir. Diyagramda belirtilen 47 ohm değeri, sinyal kablolarıyla uyumluluk açısından idealdir. Gerçek şu ki, ara bağlantı kabloları aslında reaktanslı iletim hatlarıdır ve giriş ve çıkış empedansları eşleşmeden rezonans olayı meydana gelebilir veya en azından kablo bir antene dönüşür. 22-47 Ohm'luk çıkış empedansı, kablodaki rezonansları etkili bir şekilde sönümleyerek tüm yan etkileri ortadan kaldırır.

Makale internet materyallerine dayanarak hazırlanmıştır.