Puskurivahvistin operaatiovahvistimessa. CD-soittimen puskurivaihe, jossa käytetään p605-transistoreja kuristimella Op-vahvistimien tosielämän sovellus invertoivien ja ei-invertoivien vahvistimien esimerkillä.

Artikkeli vahvistimen luomisesta, jonka piirissä ja suunnittelussa käytetään ei-perinteisiä teknisiä ratkaisuja. Hanke on voittoa tavoittelematon.

Aloin kiinnostua audiolaitteista ja musiikin kuuntelusta jo kauan sitten, 80-luvun lopulla, ja olin pitkään vakaasti vakuuttunut siitä, että mikä tahansa PA levymerkillä Sony, Technics, Revox jne. paljon parempia kuin kotimaiset vahvistimet ja jopa parempia kuin kotitekoiset vahvistimet, koska länsimaisilla tuotemerkeillä on tekniikka, korkealaatuisimmat osat ja kokemusta.

Kaikki muuttui A.M:n artikkelin jälkeen. Likhnitsky Audiomagazin-lehdessä nro 4(9) 1996, joka puhui Brig-001-vahvistimen kehittämisestä ja tuomisesta tuotantoon 70-luvulla, jonka hän on kirjoittanut. Sattumalta, lyhyen ajan kuluttua, viallinen Brig-001 ensimmäisistä numeroista joutui käsiini. Käyttämällä vain alkuperäisiä kotimaisia ​​osia 70-80-luvuilta, sain tämän PA:n alkuperäiseen kuntoonsa, jotta sen ääniominaisuudet voitaisiin arvioida mahdollisimman luotettavasti.

Brig-001 vahvistimen kytkeminen Technics SU-A700 kodin äänentoistojärjestelmän sijaan järkytti minua - Brig kuulosti paljon paremmalta, vaikka parametrit olivat vaatimattomammat ja 20 vuotta vanhempi. Juuri tällä hetkellä syntyi ajatus tehdä vahvistin omilla käsilläni, joka pystyy korvaamaan äänentoistojärjestelmän standardin, mikä tehtiin vuonna 1998, pääasiassa sotilaallisen hyväksynnän kotimaiselle elementtipohjalle. Uusi laite ei jättänyt mahdollisuutta vertailevaan kuunteluun tunnetuimpien vahvistimien, kuten NAD- ja Rotel-keskitason mallien kanssa, ja oli varsin vakuuttava jopa vanhempiin veljiinsä verrattuna. Projekti sai jatkokehityksen vuonna 2000 kahden lohkon PA:na saman kaavan mukaan, mutta uudella suunnittelulla ja tehonlähteen tehostetulla energiaintensiteetillä. Sitä on jo verrattu transistori- ja putkivahvistimiin jopa useiden tuhansien dollarien hintaluokassa, ja monissa tapauksissa se ylitti ne äänenlaadussa. Sitten tajusin vielä yhden asian - vahvistimen suunnittelu päättää melkein kaiken.

Analysoidessani kuunteluistuntojen tuloksia, erityisesti niiden vahvistimien osallistuessa, jotka kuulostivat paremmalta kuin kaksiyksikköinen PA:ni, tulin siihen tulokseen, että useammin joko hyvät putkimallit tai transistorimallit ilman yleistä OOS:tä osoittautuivat ylivoimaisiksi. . Niiden joukossa oli myös syvällä OOOS:lla varustettuja PA:ita, joiden spesifikaatioissa oli usein erittäin korkeat lähtöjännitteen muutosnopeudet - 200 V/µs ja enemmän. Yleensä nämä laitteet olivat kalliita, eivätkä niiden piirit olleet julkisesti saatavilla. Myös päätelaitteessani oli melko syvä OOOS, mutta suorituskyky oli niihin verrattuna heikko - noin 50 V/µs, vertailukelpoisella lähtöjännitteellä. Häneltä puuttui toisinaan kyky välittää täysin soittimien sointien luonnollisuutta ja esiintyjien ääntä sekä muusikoiden tunteita. Joissakin sävellyksissä musiikin esitystapaa yksinkertaistettiin, osa sointirikkuudesta piiloutui eräänlaisen ohuen harmaan verhon taakse. Tämä on luultavasti se, mitä kutsutaan "transistoriääneksi", joka on luonnostaan ​​palautteen sisältävälle PA:lle.

Syitä "transistorin" ääneen PA:ssa, jossa on OOOS, on keskusteltu toistuvasti foorumeilla, piirisuunnittelua koskevissa kirjoissa ja tähän aiheeseen liittyvissä aikakauslehtien julkaisuissa. Yksi tunnetuista versioista, josta pidän kiinni, on, että yleisen takaisinkytkentäsilmukan kattamien vahvistimien matala lähtöimpedanssi siniaaltosignaalilla ja aktiivisella kuormalla mitattuna ei pysy ollenkaan sellaisena toistettaessa musiikkia kaiuttimista, joka mahdollistaa dynaamisista päistä tulevien back-EMF-signaalien tunkeutumisen vahvistimen lähdöstä takaisinkytkentäpiirien kautta sen sisäänmenoon. OOOS ei vähennä näitä signaaleja, koska ne eroavat jo muodoltaan ja niillä on vaihesiirto alkuperäisiin verrattuna, joten ne vahvistetaan turvallisesti ja tulevat jälleen kaiutinjärjestelmiin aiheuttaen ylimääräisiä vääristymiä ja ylimääräisiä ääniä äänipolussa. Menetelmiä tämän vaikutuksen torjumiseksi keskustellaan säännöllisesti. Esimerkkejä ovat seuraavat:

1. ”Väärä” OOOS-kanava, kun sen signaali otetaan yhdeltä loppuvaiheen rinnankytketyltä elementiltä, ​​joka ei ole kytketty kaiuttimiin, vaan ladataan tietyn arvoiseen vastukseen.

2. PA:n lähtöresistanssin pienentäminen jo ennen OOOS:n saavuttamista.

3. Nopeuden lisääminen OOOS-silmukan sisällä "kosmisiin" nopeuksiin.

Luonnollisesti tehokkain tapa käsitellä OOOS-artefakteja on jättää se pois PA:n piirisuunnittelusta, mutta yritykseni rakentaa jotain arvokasta ilman OOOS:a transistoreille eivät kruunattu menestyksellä. Ajattelin, että itselleni ei ole enää käytännöllistä aloittaa putkiaudiotekniikan alalla tyhjästä. Menetelmä kohdasta "1" herätti monia kysymyksiä, joten aloin kokeilemaan nopeuden lisäämistä takaisinkytkentäsilmukan sisällä ottaen huomioon kohdan "2". Haluan välittömästi kiinnittää huomion siihen, että lähtöjännitteen nousunopeus, joka riittää vahvistimelle toistamaan oikein musiikki-instrumenttien äänen hyökkäyksen, on suhteellisen pieni arvo ja sen erittäin korkeat arvot ovat merkityksellisiä vain OOS:n toiminnan kannalta.

On selvää, että yleisellä takaisinkytkentäsilmukalla varustetuissa vahvistimissa kaikki ongelmat eivät ratkea kiertonopeutta suurentamalla, mutta pääidea oli seuraava kaikkien muiden parametrien pysyessä samana: mitä suurempi nopeus takaisinkytkentäsilmukan sisällä, sitä nopeampi Palautteella kompensoimattomien signaalien "hännät" haalistuvat ja mikä pitäisi olla jokin kynnys niiden korvalla havaittavuudelle, kun otetaan huomioon artefaktien keston lyheneminen suorituskyvyn lisääntyessä. Liikkuessani tähän suuntaan kohtasin erittäin nopeasti ongelman lähestyä vähintään 100 V/μs baaria PA:ssa käyttämällä diskreettejä elementtejä - jos piirissä oli kaskadeja voimakkaissa transistoreissa, kaikki osoittautui paljon vaikeammaksi. Jännitteen takaisinkytkennällä varustetuissa vahvistimissa korkea suorituskyky ei "yhdistynyt" stabiilisuuteen millään tavalla, ja PA:ssa, jossa oli TOC (virtatakaisinkytkentä), ei ollut mahdollista saavuttaa hyväksyttävää vakiojännitetasoa ilman integraattoria ulostulo, vaikka kaikki oli hyvin nopeuden kanssa kunnossa, ja vakausongelmat ratkesivat. Integraattori ei mielestäni muuta ääntä parempaan, joten halusin todella olla ilman sitä.

Tilanne oli käytännössä umpikuja, eikä ensimmäistä kertaa heräsi ajatuksia, että jos luot tehovahvistimen jännitteen takaisinkytkennällä, niin esivahvistimen tai puhelinvahvistimen topologiaa käyttämällä on paljon helpompi saada se korkeaksi. -nopeus, laajakaista, vakaa ja ilman integraattoria, jolla minun mielestäni pitäisi olla positiivinen vaikutus äänenlaatuun. Jäljelle jäi vain miettiä, miten se toteutetaan. Ratkaisua ei ollut lähes 10 vuoden ajan, mutta tänä aikana tehtiin kotitutkimusta yleisen takaisinkytkentäsilmukan sisällä olevan lähtöjännitteen nousunopeuden vaikutuksesta äänenlaatuun, jota varten luotiin prototyyppi, joka mahdollisti testaamisen. erilaisia ​​komposiittivahvistimia operaatiovahvistimilla.

"Tutkimukseni" tulokset olivat seuraavat:

1. Komposiittivahvistimen nopeuden ja kaistanleveyden tulisi kasvaa tulosta lähtöön.

2. Korjaus on vain yksinapainen. Ei kondensaattoreita OOS-piireissä.

3. Vahvistimella, jonka maksimilähtöjännite on 8,5 V RMS ja jonka OOOS-syvyys on noin 60 dB, äänenlaadussa on havaittavissa oleva parannus jossain alueella 40-50 V/μs ja sitten lähempänä 200 V/ μs, kun vahvistin lakkaa käytännössä olemasta "kuuluva" OOOS.

4. Yli 200 V/μs ei havaittu havaittavaa parannusta, mutta esimerkiksi PA:lle, jonka lähtöjännite on 20 V RMS, tarvitaan jo 500 V/μs saman tuloksen saavuttamiseksi.

5. PA-kaistaa rajoittavat tulo- ja lähtösuodattimet eivät kuulosta parhaimmillaan, vaikka rajataajuus on huomattavasti korkeampi kuin äänialueen yläraja.

Erillisiin elementteihin perustuvien PA:iden epäonnistuneiden kokeilujen jälkeen katseeni kääntyi nopeisiin operaatiovahvistimiin ja integroituihin puskureihin, joilla on suurin lähtövirta. Hakutulokset olivat pettymys - kaikki laitteet, joilla on korkea lähtövirta, ovat toivottoman "hitaita", ja nopeilla laitteilla on alhainen sallittu syöttöjännite ja ei kovin korkea lähtövirta.

Vuonna 2008 Internetistä löydettiin sattumalta lisäys integroidun puskurin BUF634T spesifikaatioon, jossa kehittäjät itse esittelivät komposiittivahvistimen piirin, jossa oli kolme tällaista lähtöpuskuria rinnakkain kytkettynä (kuva 1) - se oli silloin että idea syntyi suunnitella PA, jossa on suuri määrä tällaisia ​​puskureita loppuvaiheessa.

BUF634T on laajakaistainen (jopa 180 MHz), ultranopea (2000 V/µs) rinnakkaistoistinpuskuri, jonka lähtövirta on 250 mA ja lepovirta jopa 20 mA. Sen ainoa haittapuoli, voitaisiin sanoa, on alhainen syöttöjännite (+\- 15 V nimellis ja +\- 18 V - suurin sallittu), mikä asettaa tiettyjä rajoituksia lähtöjännitteen amplitudille.

Päätin vihdoin BUF634T:n, kun olin sopeutunut alhaiseen lähtöjännitteeseen, koska olin täysin tyytyväinen puskurin kaikkiin muihin ominaisuuksiin ja sen ääniominaisuuksiin, ja aloin suunnitella PA:ta maksimilähtöteholla 20 W/4 Ohm.

Pääteasteen elementtien lukumäärän valinta rajoittui puhtaassa luokassa A toimivan PA:n saamiseen 8 ohmin kuormaan ja varmistaen, että pääteasteen elementtien virtatilat ovat kaukana maksimista. Tarvittava määrä määritettiin 40+1. Lisäpuskurille 41 asetettiin vähimmäislepotila - vain 1,5 mA, ja sitä oli tarkoitus käyttää suunnittelun ensimmäisen käynnistyksen suorittamiseen jo ennen patterien asentamista sekä suorittamiseen. joitain säätöjä ja kokeita mukavammissa olosuhteissa. Myöhemmin kävi ilmi, että tämä oli erittäin hyvä idea.

Kuten tiedetään, integroitujen piirien rinnakkaiskytkentä ei johda kokonaismelutason ja Kg nousuun, vaan tällaisen moduulin tuloimpedanssi pienenee ja sen ottokapasitanssi kasvaa. Ensimmäinen ei ole kriittinen: BUF634T:n tuloimpedanssi on 8 MOhm, ja vastaavasti kokonaisarvo ei ole pienempi kuin 195 kOhm, mikä on enemmän kuin hyväksyttävää. Tulokasitanssilla tilanne ei ole niin ruusuinen: 8 pF per puskuri antaa 328 pF kokonaistulokapasitanssista, mikä on jo huomattava arvo ja vaikuttaa negatiivisesti swing-operaatiovahvistimen toimintaan (kuva 1). Viimeisen vaiheen ajurin lähtöimpedanssin maailmanlaajuiseksi vähentämiseksi sen eteen otettiin käyttöön toinen operaatiovahvistin, joka peitettiin omalla OOS-silmukallaan. Näin piiri kasvoi kolminkertaiseksi komposiittivahvistimeksi, mutta jossa "tutkimustyöni" tulosten kaikki kohdat täyttyivät. Lukuisten kokeiden jälkeen komposiittivahvistimen koostumus määritettiin: AD843 korvasi tulooperaatiovahvistimen, ja tehokas nopea operaatiovahvistin AD811, jossa on virran takaisinkytkentä, kutsuttiin toimimaan tehon lähtöpuskurina. kuljettajan vaihe. PA:n vaaditun suorituskyvyn takaamiseksi (yli 200 V/μs) AD811:n vahvistukseksi valittiin kaksi, mikä ihannetapauksessa kaksinkertaisti AD843:n käytettävissä olevan 250 V/μs ja antoi meille mahdollisuuden toivoa, että asianmukaisilla virtapiireillä ja onnistuneen suunnittelun avulla olisi mahdollista säilyttää vaadittu lähtömuutosnopeuden jännitteen arvo koko PA-piirille. Tulevaisuudessa totean, että odotukset olivat perusteltuja - tämän parametrin todellinen arvo lähtöpuskureineen osoittautui yli 250 V/µs.

Vahvistimen yleinen piiri on kokenut monia muutoksia asetusten ja hienosäädön aikana, joten esitän heti lopullisen version, joka sisältää kaikki korjaukset ja parannukset (kuva 2).

Rakenne on yksinkertainen - tulovalitsin, äänenvoimakkuuden säädin, jännitevahvistin, puskurivahvistin nauhuriin nauhoitusta varten, loppuvaihe ja suojarele, jota ohjataan optoelektronisella piirillä kaiuttimien kytkennän viivyttämiseksi ja suojaamiseksi. ne tasajännitteestä (kuva 3). Kompaktin vuoksi puskurit ja mukana tulevat vastukset yhdistetään 10 kappaleeseen, mutta osanumerointi säilyy kokonaisuudessaan. Kuten kuvasta voidaan nähdä. Kuvassa 2 UM-suojareleen (K6) kosketinryhmä ei sisälly äänensiirtopiiriin ja sulkee lähdön maahan transienttiprosessien tai mahdollisten hätätilanteiden aikana.

BUF634T:lle tällainen sisällyttäminen ei ole vaarallista, varsinkin kun kaikkien puskureiden lähdössä on 10 ohmin vastus. Vahvistimen vakauden menettämisen välttämiseksi OOOS-vastuksen (R15) maahan oikosulusta johtuen, samanaikaisesti releen K6 toiminnan kanssa, rele K5 sulkeutuu myös muodostaen ohjausasteen väliaikaisen OOOS-piirin vastuksen läpi. R14. Jos vastusten R14 ja R15 arvot ovat yhtä suuret, kaiuttimissa ei kuulu ylimääräisiä napsautuksia suojan käytön aikana, vaikka ne olisivat herkempiä kuin 100 dB.

On syytä huomata, että ensimmäisen käyttövuoden aikana vahvistin toimi luotettavasti sekä ilman relettä K5 että ilman väliaikaista OOS-piiriä R14:n kanssa, mutta minua ahdisti jo itseherätyksen mahdollisuus suojaustoiminnan aikana, joten nämä lisäelementit esiteltiin. Muuten, vahvistin toimii loistavasti peittämättä viimeistä vaihetta OOOS-piirillä. Voit poistaa vastuksen R15, releen K5 ja käyttää vastusta R14 sulkemaan palautteen YK:ssa, minkä tein kokeena. Pidin äänestä vähemmän - ehkä tämä on vaihtoehto, jossa saamme enemmän etuja kuin haittoja erittäin nopean palautteen käytöstä.

Kaaviosta näkyy myös, että yksi neljästä sisääntulosta (CD-tulo) kytkee PA:n tasavirtavahvistin (DCA) -tilaan ja "Tape Monitor" -toiminto on toteutettu LP-sisääntulosta (vinyylilevysoittimesta) ilman lisäkontaktiryhmiä. piirin signaalin kulku. Olen analogisen äänityksen fani, joten tein sen itselleni. Jos audiojärjestelmässä ei ole analogisia äänentallennuslaitteita, voidaan operaatiovahvistimen IC1 estosta poistaa.

Kaavio ei näytä virtalähteen estäviä kondensaattoreita - mukavuuden vuoksi ne näytetään virtalähdekaaviossa.

Tämän vahvistimen ideologia eroaa merkittävästi klassisesta ja perustuu virran erottamisen periaatteeseen - jokainen viimeisen vaiheen elementti toimii alhaisella virralla, erittäin mukavassa tilassa, mutta riittävä määrä näitä elementtejä on kytkettynä rinnakkain, voi tarjota tälle 20 watin vahvistimelle maksimikuormitusvirran yli 10 A jatkuvasti ja jopa 16 A pulssissa. Siten lähtöasteita kuormitetaan kuuntelun aikana keskimäärin enintään 5-7%. Ainoa paikka vahvistimessa, jossa voi virrata suuria virtoja, on PA-kortissa olevat kaksi kuparivirtakiskoa, jotka johtavat kaiutinliittimiin, joissa kunkin kanavan kaikkien BUF634T:iden lähdöt konvergoivat yhteen.

Saman ideologian puitteissa kehitettiin myös PA-virtalähde (kuva 4) - siinä kaikki tehoelementit toimivat myös suhteellisen pienillä virroilla, mutta niitä on myös paljon, ja seurauksena virtalähteen teho on 4 kertaa suurempi kuin vahvistimen maksimikulutus. Virtalähde on yksi vahvistimen tärkeimmistä osista, jota minun näkökulmastani kannattaa harkita tarkemmin. Vahvistin on rakennettu käyttämällä "kaksoismono" -tekniikkaa ja sisältää siksi kaksi itsenäistä virtalähdettä signaalipiireille, täysin stabiloitu, kummankin teho 150 W, erilliset stabilaattorit jännitevahvistimelle sekä virtalähteen huoltoa varten. toimintoja, saa virtansa erillisestä verkkomuuntajasta 20 W. Kaikki tehonsyöttöverkon muuntajat on vaiheistettu keskenään - muuntajien valmistuksen aikana ensiökäämien alun ja lopun johtimet on merkitty.

Kunkin kanavan teho-osa on jaettu 4 bipolaariseen linjaan, mikä mahdollisti kunkin stabilisaattorin kuormitusvirran pienentämisen vain 200 mA:n arvoon ja jännitehäviön nostamisen niiden yli 10 V:iin. Tässä tilassa jopa yksinkertainen integroidut stabilisaattorit, kuten LM7815 ja LM7915, ovat osoittaneet olevansa erinomaisia ​​ääniketjujen tehostajana. Oli mahdollista käyttää "kehittyneempiä" LT317- ja LT337-mikropiirejä, mutta Texas Instrumentsin alkuperäisiä LM7815C ja LM7915C oli saatavilla useita 1,5 A:n teholla, mikä määritti valinnan. Kaiken kaikkiaan teho vahvistimen signaalipiireihin toimitetaan käyttämällä kahtakymmentä tällaista integroitua stabilaattoria - 4 UN:lle ja 16 VK:lle (kuva 4). Jokainen tehoosan stabilointipari syöttää 10 kpl. BUF634T. Yksi UN-stabilisaattoripari on ladattu yhden kanavan AD843+AD811-yhdistelmällä. YK-stabilisaattorien edessä olevalla RC-piirillä (esim. R51, C137) on kaksi tarkoitusta: se suojaa tasasuuntaajaa käynnistysvirralta, kun PA-virta kytketään päälle, ja muodostaa suodattimen, jonka katkaisutaajuus on yksikön reunan alapuolella. äänialue (noin 18 Hz), mikä vähentää merkittävästi tasasuunnattujen jännitteen väreilyjen amplitudia ja muiden häiriötasoa, mikä on tärkeää tuloasteikoissa.

Toinen teholähteen ominaisuus on, että suurin osa kaikista suodatinkondensaattoreista (160 000 µF 220 000 µF:stä) on sijoitettu stabilointilaitteiden jälkeen, mikä mahdollistaa suuren virran syöttämisen kuormaan tarvittaessa. Tämä edellytti kuitenkin pehmeäkäynnistysjärjestelmän "Soft Start" käyttöönottoa stabilointien suojaamiseksi, kun vahvistin käynnistetään, ja akun kapasiteetin alkulatausta. Kuten kuvasta voidaan nähdä. 4, Pehmeä käynnistys on toteutettu yksinkertaisesti, yhdellä transistorilla (VT1), joka viiveellä (n. 9 s) yhdistää pienvirtareleen K10, joka puolestaan ​​sisältää 4 suurvirtarelettä K11-K14, neljällä kosketinryhmällä jokaisessa sulkemalla 16 virranrajoitusvastusta, joiden nimellisarvo on 10 ohmia (esimerkiksi R20, R21). Eli kun vahvistin kytketään päälle, kunkin stabilisaattorin suurin huippuvirta rajoitetaan tiukasti 1,5 A:iin, mikä on sen normaali toimintatila. En käytä "Soft Start" -toimintoa 220 V:n ensiöpiirissä - jos virtaa rajoittava vastus katkeaa tai kosketus katkeaa sen johtimien juotospisteissä, vakavat seuraukset koko PA:lle ovat mahdollisia.

Huoltotoimintoja varten virtalähde vastaa verkkojännitteen kytkemisestä päämuuntajiin (K8-rele), Soft Start -järjestelmän komponenttien virran syöttämisestä ja tulonvalintareleestä, jonka syöttöjännite on muuten myös stabiloitu. . Toteutetaan myös +5 V lähtö, joka on kytketty PA:n takapaneelin liittimeen - tämä on jo eräänlainen standardi vahvistimissani kaikkien ulkoisten yksiköiden kytkemiseen samanaikaisesti päälle. Tämä vahvistin voi hyvin toimia vahvistimen kytkentälaitteena (esivahvistimena) esimerkiksi tehokkaammille monoblokeille, jotka kytkeytyvät päälle, kun niihin kytketään +5 V ohjausjännite.

Vahvistimen teholähde rakennettiin ensin, koska kehitysprosessin eteneminen edellytti täysimittaisen virtalähteen läsnäoloa, jotta ensimmäinen käynnistys, kokeet ja konfigurointi voitaisiin suorittaa todellisia käyttöolosuhteita lähellä olevassa tilassa. Kaikkien tehopiirien onnistuneen käynnistämisen jälkeen PA-kortille koottiin tulovalitsin, käynnistysviive ja kaiuttimen suojausyksikkö sekä komposiittivahvistin, jonka lähdössä oli yksi BUF634T (BUF41). Kuten edellä mainittiin, tällä 41. puskurilla on pieni lepovirta, eikä se vaadi asennusta patteriin, mutta kuulokkeet oli nyt helppo liittää vahvistimen lähtöön, mikä mahdollisti kuulosäädön mittausten ohella. Kun piirin virheenkorjaus oli tehty yhdellä lähtöpuskurilla jokaisessa kanavassa, jäljellä oli vain juottaa loput 80 kappaletta. ja katso mitä siitä tulee. Minulla ei ollut takuita positiivisesta tuloksesta, eikä myöskään voinut olla - ei ollut tietoa muiden kehittäjien onnistuneesta toteuttamisesta vastaavista projekteista. Tietääkseni rinnakkaisiin op-vahvistimiin perustuvia rakenteita, joilla on samanlainen suorituskyky, ei ole Venäjällä tai ulkomailla vieläkään.

Tulos oli edelleen positiivinen. Koska vahvistin koottiin jäykkään alumiinitangoista tehdylle rungolle, jossa kaikki kytkentäliittimet oli kiinnitetty (kuva 1), se oli mahdollista liittää audiojärjestelmään ilman koteloa. Ensimmäiset koe-esiintymiset ovat alkaneet, mutta siitä lisää hieman myöhemmin - annan ensin muutamia parametreja:

Lähtöteho: 20W/4ohm, 10W/8ohm (luokka A)

Kaistanleveys: 0 Hz – 5 MHz (CD-tulo)

1,25 Hz - 5 MHz (AUX-, nauha-, LP-tulot)

Lähtöjännitteen muutosnopeus: yli 250 V/µs

Vahvistus: 26dB

Lähtöimpedanssi: 0,004 ohm

Tuloimpedanssi: 47 kOhm

Tuloherkkyys: 500 mV

Signaali-kohinasuhde: 113,4 dB

Tehonkulutus: 75 W

Virtalähteen teho: 320 W

Kokonaismitat, mm: 450x132x390 (ilman jalkojen korkeutta)

Paino: 18 kg

Parametrien perusteella, edes katsomatta piiriä, on selvää, että vahvistimessa ei ole tulo- ja lähtösuodattimia sekä ulkoisia taajuuden korjauspiirejä. Mutta on syytä huomata, että se on vakaa ja toimii hyvin myös suojaamattomien liitäntäkaapeleiden kanssa. Oskillogrammi 2 kHz 5V/div neliöaalto 8 ohmin kuormalla lähes suurimmalla lähtöjännitetasolla on varsin informatiivinen tässä suhteessa (kuva 2).

Minun näkökulmastani tämä johtuu "maajohtimien" oikeasta johdotuksesta sekä niiden suuresta poikkipinta-alasta: alkaen 4 neliömetriä. jopa 10 neliömetriä. (mukaan lukien raidat painetuilla piirilevyillä).

Oskillogrammeja on otettu taajuuksilla 10 kHz, 20 kHz ja 100 kHz, mutta korkeilla taajuuksilla tehdyt testit tehtiin alhaisella signaalitasolla, joten sisääntulossa oli korkeaimpedanssinen äänenvoimakkuuden säädin sekä R-C Zobel. piiri PA:n lähdössä, joka oli tuolloin vielä olemassa, vaikutti jo (neliöaalto 100 kHz 50 mV/div - kuva 3).

Heti ensimmäisellä kuuntelulla kodin äänentoistojärjestelmässä kävi selväksi, että laite soi ja että oli aika tilata kotelo, jotta sen kanssa voi lähteä kiertueelle :) Työn valmistumisesta on kulunut yli 5 vuotta projekti ja ensimmäinen kuuntelu. Tänä aikana suoritettiin kymmeniä (karkeiden arvioiden mukaan yli 70) vahvistimen vertailevia koesoittoja tunnettujen valmistajien ainutlaatuisilla putki- ja transistori-PA:illa sekä korkeatasoisilla alkuperäisillä rakenteilla. Saatujen asiantuntija-arvioiden perusteella voidaan todeta, että vahvistin ei ole äänen luonnollisuudeltaan huonompi kuin useimmat kuunneltuja push-pull- ja yksipäisiä putki- ja transistorivahvistimia, jotka on rakennettu ilman negatiivista palautetta, mutta usein ylittää ne musiikillisesti merkittävästi. resoluutio. Monet putkisoundin ystävät ja yksivaiheisten PA:iden kannattajat ilman OOS:ta ovat huomanneet, että tässä suunnittelussa negatiivisen palautteen työ ei käytännössä ole "kuuluvaa" ja työntö-pull-lähtöasteiden läsnäolo piirissä "ei anna mitään viitteitä". .

Vahvistin oli kytketty erilaisiin akustiikkaan - näihin kuului kaiuttimet tunnettuilta venäläisiltä valmistajilta: Alexander Klyachin (mallit: MBV (MBS), PM-2, N-1, Y-1), torvikaiuttimet Alexander Knyazevilta, kirjahyllykaiuttimet ammattimaiset Tulip Acousticsin kaiuttimet, keskisuurten ja korkeiden hintaluokkien ulkomaisten merkkien kaiuttimet: Klipsh, Jamo, Cerwin Vega, PBN Audio, Monitor Audio, Cabasse ja monet muut, eri herkkyydellä ja tuloimpedanssilla, monikaista monimutkaisilla ja yksinkertaisilla jakosuodattimilla, laajakaista ilman jakosuodattimia, kaiuttimet erilaisilla akustisilla muotoiluilla. Mitään erityisiä mieltymyksiä ei tunnistettu, mutta PA paljastuu parhaiten lattialla seisovassa akustiikassa, jossa on täysi matala taajuusalue ja mieluiten suurempi herkkyys, koska lähtöteho on pieni.

Alkuvaiheessa koe-esiintymisiä ei järjestetty "urheilullisen" tarkoituksen vuoksi - niiden päätehtävänä oli tunnistaa äänessä olevat artefaktit, joita voitaisiin yrittää korjata. Tästä näkökulmasta erittäin informatiiviset ja hyödylliset kuunteluistunnot olivat Alexander Klyachinin äänijärjestelmässä, jossa oli ainutlaatuinen tilaisuus arvioida vahvistimen ääntä 4 eri kaiutinmallissa kerralla, ja pidin yhdestä näistä kaiuttimista (Y -1) niin paljon, että niistä tuli pian kodin äänijärjestelmien komponentteja (kuva 4). Tietysti oli erittäin mukavaa saada korkea arvio tuotteestani ja kommentteja laajan kokemuksen omaavalta audioasiantuntijalta.

Kuuluisan venäläisen Hi-Endin mestarin Juri Anatoljevitš Makarovin (kuva 5, PA kuuntelun aikana) äänijärjestelmä, joka oli rakennettu erityisesti varustettuun kuunteluhuoneeseen ja joka oli viite kaikilta osin, teki suuria muutoksia tämän vahvistimen suunnitteluun: Zobel-piiri poistettiin PA:n lähdöstä ja päätulo tehtiin ohittamalla eristyskondensaattori. Tässä äänijärjestelmässä kuulet kaiken ja vielä enemmän, joten on vaikea yliarvioida sen panosta ja Juri Anatoljevitšin neuvoja vahvistimen äänen hienosäätöprosessissa. Hänen äänijärjestelmänsä kokoonpano: lähde - kuljetus ja DAC erillisellä Mark Levinson 30.6 -virtalähteellä, PBN Audion Montana WAS -kaiuttimet, tinkimätön yksipäinen putkivahvistin "Emperor" ja kaikki Yu.A.:n suunnittelemat anti-vaihekaapelit. Makarova. Montana WAS -kaiuttimen alempi rajataajuus 16 Hz (-3 dB) mahdollisti kytkentäkondensaattorin "osuuden" arvioimisen, ja siinä on melko korkealaatuinen (MKP Intertechnik Audyn CAP KP-SN), musiikkisignaalin matalien taajuuksien vääristymiseen ja audiojärjestelmän korkeimpaan musiikilliseen resoluutioon - kuulla negatiivisen vaikutuksen lähtösuodatin R-C Zobel -piirin muodossa, jolla ei ollut vaikutusta äänenvakauteen vahvistin ja se poistettiin pian levyltä. Ulkoisten matalaohmien äänenvoimakkuuden säätimien liittäminen 100 ohmista 600 ohmiin (normaali RG oli asetettu maksimiasentoon) sai minut ymmärtämään, että jopa vahvistimessani käytetty laadukas diskreetti DACT 50 kOhm -säädin olisi mukava korvata. pienempi arvo (minulle liitetyistä ulkoisista). 600 ohmin RG vaikutti parhaalta), mutta tätä varten olisi pitänyt tehdä aika paljon uusiksi ja tämä ja muut kertyneet parannukset päätettiin toteuttaa uusi projekti.

Varmaan kannattaa mainita vahvistimen osallistuminen vuoden 2011 Näyttelyyn (kuva 6), ainoana ei-kaupallisena projektina, josta materiaali julkaistiin Stereo&Video-lehdessä tammikuussa 2012, jossa vahvistinta kutsuttiin "vuoden löydökseksi". Demonstraatio toteutettiin Tulip Acoustics -kaiuttimilla, joiden herkkyys on 93 dB 8 ohmin resistanssilla ja kummallista kyllä, käytettävissä oleva 10 W/8 ohmia riitti suuressa salissa, jossa taustamelu oli korkea. 10 W A-luokan vahvistimesta, jossa jokainen watti lähtötehoa saadaan riittävästi virtalähteen energiakapasiteetista, koetaan havaintojeni mukaan subjektiivisesti kovemmaksi kuin suuremman lähtötehon omaavan vahvistimen ääni, mutta viimeiset vaiheet sisältyvät "paljaaseen juotteeseen".

Näyttelyn jälkeen sain useammin pyyntöjä sähköpostitse ja henkilökohtaisia ​​viestejä foorumeilta niiltä, ​​jotka halusivat toistaa projektin, mutta tiettyjä vaikeuksia ilmeni - tietotukea annettiin kaikille, mutta tauluni piirrettiin millimetripaperille, molemmille. sivut, eivätkä ne sopineet tiedostoksi skannaamiseen, koska paperi oli läpikuultava, ja tuloksena oli lähes lukukelvoton piirros. Ilman valmis piirilevyä suunnittelun toistamisesta tuli erittäin vaikeaa ja innostus hiipui. Nyt portaalin foorumilla Vegalab. ru, Levystä on saatavilla sähköinen versio, jonka kirjoittaja on Vladimir Lepekhin Ryazanista, tunnettu piirilevyasetteluasiantuntija venäjänkielisillä foorumeilla. Levy on vapaasti saatavilla, linkki siihen on tätä vahvistinta käsittelevän aiheen ensimmäisessä viestissä. Aiheen löytäminen on erittäin helppoa: kirjoita vain lause "Prophetmaster amplifier" Yandexin tai muun hakuohjelman hakupalkkiin. Yksi foorumin osallistujista oli tällä palstalla Vegalab- Sergey Gomelista (Serg138) onnistui toistamaan tämän projektin ja saamaan erittäin hyvän tuloksen. Tietoa tästä PA:n toteutuksesta ja kuvia sen suunnittelusta löytyy myös vastaavasta aiheesta, seuraamalla ensimmäisen postauksen linkkejä.

Muutamia vinkkejä:

Elektrolyyttikondensaattoreita valittaessa ohjasin omia ESR- ja vuotovirran mittauksia, minkä vuoksi käytin alkuperäistä Jamiconia. Lisäsin nimenomaisesti sanan "alkuperäinen", koska ne ovat hyvin usein väärennettyjä ja monet ovat todennäköisesti jo törmänneet huonolaatuisiin tuotteisiin tämän valmistajan tuotenimellä. Mutta todellisuudessa nämä ovat joitakin parhaista kondensaattoreista käytettäväksi äänipiirien virransyöttöön.

Äänenvoimakkuuden säädin on asetettu arvoon DACT 50 kOhm. Nyt valitsisin niiden alimman arvosanan - 10 kOhm tai käyttäisin Nikitin-releregulaattoria, jonka vakiotulo- ja lähtövastus on 600 ohmia. RG-tyypin ALPS RK-27 on paljon huonompi, eikä sitä suositella käytettäväksi.

Yhteensä yli 90 μF kalvokondensaattoreita on asennettu elektrolyyttishuntteihin. Levyilläni on "vintage" Evox 70-luvulta, jonka sain sattumalta, mutta polypropeeni Rifa PEH426, Wima MKP4, WimaMKP10 ei ole huonompi.

Suosittelen Finderia teho-osan releille, AC-suojalle ja pehmeälle käynnistykselle, ja tulovalitsimessa tulee käyttää vain releitä, joiden parametreissä on minimikytkentävirta. Tällaisten releiden malleja on vähän, mutta niitä on olemassa.

Kotimaiset nopeat tasasuuntausdiodit KD213 (10 A) tai KD2989 (20 A) loppuvaiheen tehossa ovat parempia kuin useimmat tuontidiodit.

Haluan huomata, että vahvistimen piirisuunnittelu on melko yksinkertainen, mutta tällaisten nopeiden ja laajakaistaisten mikropiirien kanssa työskentelyyn tarvitaan asianmukaiset taidot ja mittausvälineet - toimintogeneraattori, oskilloskooppi, jonka kaistanleveys on vähintään 30 MHz (mieluiten 50 MHz).

Lopuksi haluan sanoa, että johtopäätökset, jotka tein kokeiden tulosten perusteella sekä tämän projektin työskentelyn ja sen myöhemmän jalostamisen aikana, eivät väitä olevan absoluuttinen totuus. Tavoitteen saavuttamiseksi, joka tässä tapauksessa on korkealaatuinen ääni, on melko monia tapoja, ja jokainen niistä sisältää joukon toimenpiteitä, jotka eivät välttämättä anna positiivista tulosta erikseen. Siksi tällä alalla ei ole yksinkertaisia ​​reseptejä.

Kuvia vahvistimesta tanskalaisen DACT-yhtiön verkkosivuilla:

Terveisin, Oleg Shamankov ( Profeetta mestari)

Puskurivahvistimet

Tässä osiossa tarkastellaan vain jänniteseuraajia (katso kuva 2), virtaseuraajat rakennetaan käyttämällä sopivaa takaisinkytkentäpiirien valintaa. Toistimissa (puskureissa) on yhtenäisyyden vahvistus ja poikkeuksellisen korkeat tulo- ja matalat lähtöimpedanssit. Perusoperaatiovahvistinpiirissä tuloimpedanssi määräytyy tulokomponenttien ja itse operaatiovahvistimen ominaisuuksien mukaan. Puskuripiirissä tuloimpedanssi määräytyy yksinomaan operaatiovahvistimen ominaisuuksien mukaan. Siten tällaisen piirin tuloimpedanssi riippuu vain toiminnan ominaisuuksista

vahvistin. Peruspiirissä tulokomponentit kuormittavat tulosignaalia, mikä ei ole toivottavaa, kun signaalilähteellä on korkea lähtöimpedanssi. Tuloimpedanssin kasvattamisen ongelma ratkaistaan ​​käyttämällä puskuri- tai instrumentointivahvistimia. On huomattava, että op-vahvistimen lähtöimpedanssi on monimutkainen toiminto, koska siihen vaikuttavat takaisinkytkentäpiirit. Määräävä vaikutus lähtöimpedanssiin on pääteasteen resistanssi. Tyypillisesti lähtöaste on emitteriseuraaja, jolla on alhainen lähtöimpedanssi, määriteltynä r ib + R B /P ja jonka tyypillinen arvo on 25 K. Emitterin seuraajan lähtöimpedanssi kasvaa taajuuden kasvaessa muodostaen liikkuvia napoja (navat ovat teräviä kohtia

Pöytä 1. Erilaisten piirien rakentaminen muuttamalla peruspiirin komponenttien kokoa kuvassa. 1

taajuusvasteen muutokset) ja aiheuttaa virheitä korkeilla taajuuksilla. Vielä huonompi tilanne on operaatiovahvistimissa, joiden signaalialue on yhtä suuri kuin syöttöjännitealue (ns. rail-to-rail -vahvistimet), koska niiden lähtöaste on rakennettu piirin mukaan, jossa on yhteinen kollektori; kokonaisimpedanssi riippuu tässä tapauksessa kuormituksesta ja voi saavuttaa merkittäviä arvoja, jopa useita kiloohmeja. Tässä tapauksessa oikea silmukkavahvistuksen valinta voi auttaa, mikä vaikuttaa lähtöasteen impedanssiin ja voi vähentää sitä merkittävästi. Tämän seurauksena tasavirralla ja matalataajuisella alueella voidaan saavuttaa erittäin alhaiset operaatiovahvistimen lähtöimpedanssin arvot ohmin murto-osaan asti. Lähtöimpedanssi kasvaa taajuuden myötä, koska operaatiovahvistimen vahvistus pienenee taajuuden kasvaessa. Korkea lähtöimpedanssi aiheuttaa kaksi ongelmaa - kuormitusvirtojen vaikutuksen signaaliin ja stabiilisuusongelmia, jotka johtuvat lähtökondensaattorien luomista navoista. Paras ratkaisu työskenneltäessä suurilla kuormitusvirroilla on käyttää erityisesti tähän tarkoitukseen suunniteltuja operaatiovahvistimia. Muutama vuosi sitten päätetyllä kaapelilla (joka vaatii useita satoja milliampeeria lähtövirtaa) toiminnassa käytettiin erityisiä puskuriportaita, mutta tällä hetkellä on olemassa erityisesti suunniteltuja operaatiovahvistimia, jotka pystyvät helposti ohjaamaan tällaista kuormaa. Etuna

Etuna tyypilliseen op-amp-piiriin verrattuna on, että puskurilla on aina pienempi impedanssi, koska sen silmukan vahvistus on maksimoitu ja lähtöaste on myös suunniteltu minimoimaan impedanssi. Kapasitiivisten kuormien suhteen erilaiset op-vahvistimet käyttäytyvät eri tavalla - joistakin tulee epävakaita, kun taas toisilla ei ole tällaisia ​​​​ongelmia. Operaatiovahvistimilla, jotka pystyvät ohjaamaan suuren kapasitanssin kuormia, on erittäin alhainen lähtöasteen vastus, mutta ne menettävät nopeutta, koska vaativat suurempia lähtötransistoreita. Yhteenvetona edellä esitetystä, lähtöimpedanssivaatimuksista riippuen suunnittelijan tulee valita operaatiovahvistin, puskuri tai tehovahvistin.

Jänniteseuraaja on yksinkertaisin mahdollinen negatiivinen takaisinkytkentävahvistin (NFA). Lähtöjännite on täsmälleen sama kuin tulojännite. Jos ne eivät eroa toisistaan, saatat kysyä - miksi tämä on tarpeen, jos se ei muuta mitään?

Asia on siinä, että puhumme jännitteestä, ei virrasta. Joten jänniteseuraaja ei kuluta lähes lainkaan virtaa signaalilähteestä, ja sen avulla voit saada melko korkean virran sen lähdöstä.

Joudumme usein käsittelemään aktiivisia radiokomponentteja, joiden lähtövirta on erittäin pieni. Esimerkki tällaisesta komponentista on tai. Matalaresistanssisten elementtien liittäminen niihin vähentää näiden lähteiden tuottaman lähtösignaalin jännitettä.

Tällaisessa tilanteessa on järkevää käyttää jänniteseuraajaa. Siinä on korkea tuloimpedanssi, joten se ei vähennä tai vääristä tulosignaalia, ja sillä on myös alhainen lähtöimpedanssi, jonka avulla voit liittää virtaa kuluttavia komponentteja, kuten LED.

Ymmärtääksemme, kuinka jänniteseuraaja toimii, meidän on tiedettävä kolme perussääntöä, jotka ohjaavat operaatiovahvistimen toimintaa:

Sääntö nro 1 - operaatiovahvistin vaikuttaa tuloon OOS:n kautta (negatiivinen takaisinkytkentä), minkä seurauksena jännite molemmissa tuloissa, sekä invertoivassa (-) että ei-invertoivassa (+), tasaantuu.

Sääntö nro 2 - vahvistimen tulot eivät kuluta virtaa

Sääntö nro 3 - jännitteiden tuloissa ja lähtöissä on oltava operaatiovahvistimen positiivisen ja negatiivisen syöttöjännitteen välillä.

Oletetaan, että tulojännitteestä on tullut 3V ja lähdössä on tällä hetkellä 1V. Mitä tapahtuu? Vahvistin määrittää, että invertoivan tulon (-) ja ei-invertoivan tulon (+) välillä on 2 V ero.

Siksi säännön nro 1 mukaisesti lähtöjännite kasvaa, kunnes jännitteet tuloissa ovat yhtä suuret. Tilannetta yksinkertaistaa entisestään se, että lähtö on kytketty suoraan invertoivaan tuloon (-), ja tämä johtaa väistämättä siihen, että näiden kahden liittimen jännite tulee samaksi.

Usein jännitteenseuraajapiirissä voit löytää lisävastuksen takaisinkytkentäpiiristä. Sitä tarvitaan siellä, missä tarvitaan parempaa tarkkuutta. Säännöt 1 ja 2 viittaavat ihanteelliseen operaatiovahvistimeen, jota todellisuudessa ei ole olemassa.

Tulojen jännitteet eivät välttämättä ole täsmälleen samat, niiden läpi kulkee pieni virta, joten lähtöjännite voi poiketa tulojännitteestä useilla millivolteilla. Vastus R on suunniteltu vähentämään näiden puutteiden vaikutusta. Sen resistanssin on oltava yhtä suuri kuin signaalilähteen vastus.

He alkoivat usein kysyä minulta kysymyksiä analogisesta elektroniikasta. Pitikö istunto opiskelijoita itsestäänselvyytenä? ;) Okei, on korkea aika pienelle koulutustoiminnalle. Erityisesti operaatiovahvistimien toiminnasta. Mitä se on, minkä kanssa sitä syödään ja miten se lasketaan.

Mikä tämä on
Operaatiovahvistin on vahvistin, jossa on kaksi tuloa, ei... hmm... korkea signaalivahvistus ja yksi lähtö. Nuo. meillä on U out = K*U in ja K on ihanteellisesti ääretön. Käytännössä luvut ovat tietysti vaatimattomampia. Oletetaan 1 000 000. Mutta jopa sellaiset luvut räjäyttävät mielesi, kun yrität soveltaa niitä suoraan. Siksi, kuten päiväkodissa, yksi joulukuusi, kaksi, kolme, monta joulukuusta - meillä on täällä paljon vahvistusta;) Ja siinä se.

Ja sisäänkäyntiä on kaksi. Ja yksi niistä on suora, ja toinen on käänteinen.

Lisäksi tulot ovat korkeaimpedanssisia. Nuo. niiden tuloimpedanssi on ääretön ihanteellisessa tapauksessa ja ERITTÄIN korkea todellisessa tapauksessa. Siellä lukema menee satoihin megaohmeihin tai jopa gigaohmeihin. Nuo. se mittaa jännitteen tulossa, mutta sillä on vähäinen vaikutus siihen. Ja voimme olettaa, että operaatiovahvistimessa ei kulje virtaa.

Lähtöjännite lasketaan tässä tapauksessa seuraavasti:

U out =(U 2 -U 1)*K

Ilmeisesti, jos jännite suorassa sisääntulossa on suurempi kuin käänteistulossa, lähtö on plus ääretön. Muuten se on miinus ääretön.

Tietenkin todellisessa piirissä ei ole ääretöntä plus- ja miinusarvoa, ja ne korvataan vahvistimen korkeimmalla ja pienimmällä mahdollisella syöttöjännitteellä. Ja saamme:

Vertailija
Laite, jonka avulla voit verrata kahta analogista signaalia ja tehdä tuomion - kumpi signaali on suurempi. Mielenkiintoista jo. Voit keksiä siihen monia sovelluksia. Muuten, sama vertailulaite on sisäänrakennettu useimpiin mikro-ohjaimiin, ja osoitin kuinka sitä käytetään AVR:n esimerkillä luomista koskevissa artikkeleissa. Vertailija on myös loistava luomiseen.

Mutta asia ei rajoitu yhteen vertailuun, koska jos annat palautetta, niin paljon voidaan tehdä op-vahvistimesta.

Palaute
Jos otamme signaalin lähdöstä ja lähetämme sen suoraan tuloon, syntyy palautetta.

Positiivista palautetta
Otetaan ja ohjataan signaali suoraan lähdöstä suoraan tuloon.

• Jännite U1 on suurempi kuin nolla - lähtö on -15 volttia
• Jännite U1 on pienempi kuin nolla - lähtö on +15 volttia

Mitä tapahtuu, jos jännite on nolla? Teoriassa lähdön pitäisi olla nolla. Mutta todellisuudessa jännite EI OLE KOSKAAN nolla. Loppujen lopuksi, vaikka oikean varauksen olisi yksi elektroni suurempi kuin vasemman varauksen, niin tämä riittää jo ohjaamaan potentiaalin lähtöön äärettömällä vahvistuksella. Ja lähdöstä alkaa kaikki helvetti - signaali hyppää sinne tänne komparaattorin tuloihin indusoituneiden satunnaisten häiriöiden nopeudella.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi otetaan käyttöön hystereesi. Nuo. eräänlainen aukko tilasta toiseen siirtymisen välillä. Tätä varten annetaan positiivista palautetta seuraavasti:

Oletetaan, että tällä hetkellä käänteistulossa on +10 volttia. Op-vahvistimen lähtö on miinus 15 volttia. Suorassa sisääntulossa se ei ole enää nolla, vaan pieni osa jakajan lähtöjännitteestä. Noin -1,4 volttia Nyt, kunnes käänteistulon jännite putoaa alle -1,4 voltin, operaatiovahvistimen lähtö ei muuta jännitettään. Ja heti kun jännite putoaa alle -1,4:n, operaatiovahvistimen lähtö hyppää jyrkästi +15:een ja suorassa sisääntulossa on jo +1,4 voltin bias.

Ja jotta jännitettä voidaan muuttaa vertailijan lähdössä, U1-signaalin on kasvattava jopa 2,8 voltilla, jotta se saavuttaa ylätason +1,4.

Ilmenee eräänlainen aukko, jossa ei ole herkkyyttä, 1,4 ja -1,4 voltin välillä. Raon leveyttä ohjataan R1:n ja R2:n vastusten suhteilla. Kynnysjännite lasketaan muodossa Uout/(R1+R2) * R1 Oletetaan, että 1-100 antaa +/-0,14 volttia.

Mutta silti, op-vahvistimia käytetään useammin negatiivisen palautetilassa.

Negatiivinen palaute
Okei, ilmaistaan ​​asia toisin:

Negatiivisen palautteen tapauksessa op-vahvistimella on mielenkiintoinen ominaisuus. Se yrittää aina säätää lähtöjännitettä niin, että jännitteet tuloissa ovat samat, mikä johtaa nollaeroon.
Ennen kuin luin tämän toverien Horowitzin ja Hillin suuresta kirjasta, en päässyt OU:n työhön. Mutta se osoittautui yksinkertaiseksi.

Toistin
Ja meillä on toistin. Nuo. sisääntulossa U 1, käänteistulossa U out = U 1. No, käy ilmi, että U out = U 1.

Kysymys kuuluu, miksi tarvitsemme sellaista onnea? Johdin oli mahdollista kytkeä suoraan, eikä operaatiovahvistinta tarvittu!

Se on mahdollista, mutta ei aina. Kuvittele tämä tilanne: siellä on resistiivisen jakajan muodossa tehty anturi:

Pienempi vastus muuttaa arvoaan, jakajan lähtöjännitteiden jakautuminen muuttuu. Ja meidän on otettava lukemat siitä volttimittarilla. Mutta volttimittarilla on oma sisäinen vastus, vaikka se on suuri, mutta se muuttaa anturin lukemia. Entä jos emme halua volttimittaria, mutta haluamme hehkulampun muuttavan kirkkautta? Täällä ei voi enää kytkeä hehkulamppua! Siksi puskuroimme lähdön operaatiovahvistimella. Sen tuloresistanssi on valtava ja sen vaikutus on minimaalinen, ja ulostulo voi tarjota varsin huomattavan virran (kymmeniä milliampeeria tai jopa satoja), joka riittää hyvin hehkulampun toimintaan.
Yleensä voit löytää sovelluksia toistimelle. Erityisesti tarkkuusanalogisissa piireissä. Tai missä yhden vaiheen piirit voivat vaikuttaa toisen toimintaan niiden erottamiseksi.

Vahvistin
Tehdään nyt tekosyitä korvillamme – ota palautetta vastaan ​​ja liitä se maahan jännitteenjakajan kautta:

Nyt puolet lähtöjännitteestä syötetään käänteistuloon. Mutta vahvistimen on silti tasattava jännitteet tuloissaan. Mitä hänen tulee tehdä? Aivan oikein - nosta lähtösi jännite kaksi kertaa korkeammalle kuin ennen kompensoidaksesi tuloksena olevan jakajan.

Nyt on U 1 suoralla. Käänteisessä U ulos /2 = U 1 tai U ulos = 2*U 1.

Jos laitamme jakajan, jolla on erilainen suhde, tilanne muuttuu samalla tavalla. Jotta sinun ei tarvitse kääntää jännitteenjakajan kaavaa mielessäsi, annan sen heti:

U out = U 1 *(1+R 1 /R 2)

On muistettavaa muistaa, mikä on jaettu hyvin yksinkertaiseen:

Osoittautuu, että tulosignaali kulkee vastusketjun R 2, R 1 läpi U ulos. Tässä tapauksessa vahvistimen suora tulo asetetaan nollaan. Muistakaamme op-vahvistimen tavat - se yrittää, koukulla tai huijauksella, varmistaa, että sen käänteistulossa syntyy suoraa tuloa vastaava jännite. Nuo. nolla. Ainoa tapa tehdä tämä on laskea lähtöjännite nollan alapuolelle niin, että pisteessä 1 tulee nolla.

Niin. Oletetaan, että U out = 0. Se on edelleen nolla. Ja tulojännite on esimerkiksi 10 volttia suhteessa U outiin. R1:n ja R2:n jakaja jakaa sen puoliksi. Siten pisteessä 1 on viisi volttia.

Viisi volttia ei ole nolla ja operaatiovahvistin laskee lähtöään, kunnes piste 1 on nolla. Tätä varten lähdön tulee olla (-10) volttia. Tässä tapauksessa tuloon nähden ero on 20 volttia, ja jakaja antaa meille täsmälleen 0:n pisteessä 1. Meillä on invertteri.

Mutta voimme myös valita muita vastuksia, jotta jakajamme tuottaa erilaisia ​​kertoimia!
Yleensä tällaisen vahvistimen vahvistuskaava on seuraava:

U ulos = - U sisään * R 1 / R 2

No, muistikuva xy:n nopeaan muistamiseen xy:stä.

Oletetaan, että U 2 ja U 1 ovat kumpikin 10 volttia. Sitten 2. pisteessä on 5 volttia. Ja lähdön on oltava sellainen, että ensimmäisessä kohdassa on myös 5 volttia. Eli nolla. Joten käy ilmi, että 10 volttia miinus 10 volttia on nolla. Oikein :)

Jos U 1:stä tulee 20 volttia, lähdön on pudotettava -10 volttiin.
Laske itse – U 1:n ja U ulostulon välinen ero on 30 volttia. Virta vastuksen R4 läpi on (U 1 -U out)/(R 3 +R 4) = 30/20000 = 0,0015A, ja jännitehäviö vastuksen R4 yli on R 4 *I 4 = 10000 * 0,0015 = 15 volttia. Vähennä 15 voltin pudotus 20:n tulohäviöstä ja saat 5 volttia.

Siten operaatiovahvistimemme ratkaisi aritmeettisen ongelman arvosta 10 vähennettynä 20, mikä johti -10 volttiin.

Lisäksi ongelma sisältää vastusten määräämiä kertoimia. Olen vain valinnut yksinkertaisuuden vuoksi samanarvoiset vastukset ja siksi kaikki kertoimet ovat yhtä. Mutta itse asiassa, jos otamme mielivaltaiset vastukset, lähdön riippuvuus tulosta on seuraava:

U out = U 2 *K 2 - U 1 *K 1

K 2 = ((R 3 + R 4) * R 6) / (R 6 + R 5) * R 4
K 1 = R 3 / R 4

Muistotekniikka kertoimien laskentakaavan muistamiseksi on seuraava:
Kaavan mukaan oikein. Murtoluvun osoittaja on ylhäällä, joten laskemme yhteen virtapiirin ylemmät vastukset ja kerromme alemmalla. Nimittäjä on alareunassa, joten laskemme yhteen alemmat vastukset ja kerromme ylemällä.

Täällä kaikki on yksinkertaista. Koska piste 1 pienenee jatkuvasti nollaan, silloin voidaan olettaa, että siihen virtaavat virrat ovat aina yhtä suuret kuin U/R, ja solmuun numero 1 tulevat virrat summataan. Tulovastuksen suhde takaisinkytkentävastukseen määrää tulevan virran painon.

Haaroita voi olla niin monta kuin haluat, mutta piirsin vain kaksi.

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

Tulon (R 1, R 2) vastukset määräävät virran määrän ja siten tulevan signaalin kokonaispainon. Jos teet kaikki vastukset samanarvoisiksi, kuten minun, niin paino on sama ja jokaisen termin kertoimella on 1. Ja U out = -1(U 1 +U 2)

Ei-invertoiva summain
Kaikki on täällä hieman monimutkaisempaa, mutta se on samanlaista.

Uout = U 1 * K 1 + U 2 * K 2

K 1 = R 5 / R 1
K 2 = R 5 / R 2

Lisäksi takaisinkytkennän vastusten tulee olla sellaisia, että yhtälö R 3 / R 4 = K 1 + K 2 toteutuu

Yleensä voit tehdä mitä tahansa matematiikkaa operaatiovahvistimilla, laskea yhteen, kertoa, jakaa, laskea derivaattoja ja integraaleja. Ja melkein heti. Analogiset tietokoneet valmistetaan operaatiovahvistimilla. Näin jopa yhden sellaisen SUSUn viidennessä kerroksessa - puolen huoneen kokoisen hölmön. Useita metallikaappeja. Ohjelma kirjoitetaan yhdistämällä eri lohkoja johtoilla :)

Puskurin vaiheet Niitä käytetään laajalti äänitekniikassa kaskadien tai laitteiden tulo- ja lähtöimpedanssien yhteensovittamiseksi sekä niiden kuormituskapasiteetin lisäämiseksi. Tietysti tällaisella kaskadilla on oltava korkeat ominaisuudet kohinan, vääristymän ja suorituskyvyn suhteen.

Tietenkin täydellinen puskurivaihe- tämä on sen puuttuminen, mutta koska sitä ei voi tehdä ilman sitä, haluaisin sen olevan mahdollisimman läpinäkyvä, eli sen vaikutus signaaliin on minimaalinen, ja jos mahdollista, yksinkertainen. Tyypillisesti puskuriportaat toimivat matalilla signaalitasoilla ja suhteellisen alhaisella syöttöjännitteellä, mikä tekee ongelman ratkaisemisesta paljon helpompaa

Puskurikaskadin ehdotetussa versiossa Negatiivista palautetta ei käytetä(josta "putkifanit" ja todelliset audiofiilit eivät niin paljon pidä), minkä ansiosta se on todella käytännössä näkymätön tiellä. Vääristymien vähentämiseksi käytetään Hawksfordin menetelmän kaltaista virheenkorjausmenetelmää. Tämän seurauksena erittäin yksinkertaisella piirisuunnittelulla puskurissa on erittäin alhainen vääristymistaso, sama alhainen melutaso ja korkea suorituskyky. Ihanteellinen paikka sille on DAC:n tai esivahvistimen lähtö.

Samanlaista periaatetta käyttäen Malcolm Hawksford rakensi lähtöpuskurin virta-jännite-muuntimeen DAC:lleen ja oli siihen erittäin tyytyväinen.

Toisin kuin prototyyppi, tämä piiri toimii tasa- ja vaihtovirralla eikä vaadi esijännitystä ensimmäiselle vaiheelle (vaikka piirissä on esijännite, jos tarkkaa lämpökompensointia vaaditaan).

PERIAATEKAAVIO.

Puskurin kaaviokuva on esitetty kuvassa:

Klikkaa suurentaaksesi

Lyhyesti sanottuna menetelmän ydin on tämä. Transistorit T3 ja T4 ovat virtapeili. Niiden lähtövirrat antavat tehon tulo- ja lähtötransistoreille. Näin ollen virran muuttaminen yhden transistorin (Q1) läpi aiheuttaa samanlainen virran muutokset toisen kautta (T2). Koska transistorit täydentävät toisiaan, niiden ominaisuuksien epälineaarisuus kompensoi vastavuoroisesti.

JÄRJESTELMÄN OMINAISUUDET.

• Harmoninen kokonaissärö: tyypillinen arvo alle -0,001 % mitattuna prototyypistä - 0.00025%!
• Lineaarinen särö: Särö kaksinkertaistuu yli 55 kHz:n taajuuksilla ja kaksinkertaistuu sen jälkeen joka oktaavi.
• Melutaso: Alle 138 db taajuudella 1 kHz
• Taajuuskaista: yli 50 MHz (riippuen käytetyistä transistoreista).
• Signaaliraja: +4,9V -6,3V
• Suurin lähtövirta: -10mA
• Tuloimpedanssi: 10k - 100k (riippuen tulopiireistä, katso alla).
• Lähtöimpedanssi:<52R.
• Lähtön nollapoikkeama: alle 5 mV.

Rakenne ja yksityiskohdat.

Toistamisen helpottamiseksi RadioGazetan päätoimittaja on kehittänyt laitteelle painetun piirilevyn (45 mm x 45 mm):

Voit ladata PCB-piirustuksen Layout-muodossa.

Induktanssi L1 on ferriittihelmi.
Kaskadin korkean lämpöstabiilisuuden varmistamiseksi transistorit T1-T3 ja T2-T4 on liimattava pareittain takaseinien kanssa. Tältä se näytti layoutissa:

PUSKURIASETUKSET.

Jos et halua valita ja konfiguroida mitään tässä piirissä, asenna vain kaikki kiinteät vastukset piirissä ilmoitetuilla arvoilla. Jopa tällä lähestymistavalla piiri tarjoaa erittäin korkeat parametrit.

Jos pyrit täydellisyyteen, ole kärsivällinen!

Maksimaalisen laadun saavuttamiseksi on parempi ottaa transistorit yhdestä erästä tai valita ne ainakin kiinalaisella yleismittarilla.

1. Aseta ensin yleismittari dioditestaustilaan ja mittaa transistorien T4 ja T3 jännite Ube.
2. Saatujen arvojen avulla laskemme vastusten arvot: R1=R2=(60mV+(UbeT4-UbeT3))/1mA
3. Juotamme transistorit ja vastukset saaduilla arvoilla piiriin.
4. Oikosuljemme sisäänkäynnin maahan. Vastuksen R5 avulla asetetaan puolet positiivisen napaisuuden lähdejännitteestä (+10V/2=+5V kaavion mukaan) "TP"-ohjauspisteeseen.
5. Piirin lähtöjännite ei yleensä ylitä 10 mV. Jos tämä on sinulle liian korkea, voit asettaa absoluuttisen nollan käyttämällä R9-trimmeriä.
6. Jos sinulla on tarvittavat laitteet, voit minimoida epälineaariset vääristymät trimmerillä R1.

Tämä viimeistelee piirin konfiguroinnin, ja on suositeltavaa korvata kaikki trimmausvastukset vakioilla, joilla on lähin arvo.

KEHITYS JA PARANNUKSET.

1. BC3x7-sarjan transistoreilla on alhainen kohina ja pieni sisäinen vastus. Niissä on myös suurempi kide (verrattuna BC550:een, BC560:een), mikä lisää niiden lämpöinertiaa ja tekee piiristä lämpöstabiilimman. Mutta ne ovat matalataajuisia ja piirin nopeuden parantamiseksi, jos niitä käytetään, virrat T1 ja T2 on lisättävä 2 mA:iin. Vakauden parantamiseksi voi olla tarpeen säätää syötteen sniberin elementtien arvoja. Mutta ne, jotka yrittivät käyttää BC3x7-transistoreita BC5xx:n sijaan, olivat erittäin tyytyväisiä äänenlaatuun eivätkä enää halua palata jälkimmäiseen.
2. Voit laajentaa puskurin kaistanleveyttä lisäämällä virtaa transistorien T1 ja T2 kautta. Tämä on erityisen suositeltavaa käytettäessä BC3x7-tyyppisiä transistoreita. Tätä varten sinun on vähennettävä vastusten R1 ja R2 arvoa ja lisättävä R5:tä, jotta Uke T2:n ja T4:n välinen tasapaino säilyy.
3. Puskurin tuloimpedanssia voidaan kasvattaa nostamalla vastuksen R8 arvoa 100k:iin. Tämä voi johtaa korkeampaan DC-offsetjännitteeseen lähdössä ja lisätä herkkyyttä syöttöjännitteen epävakaudelle. Esivaiheet saavat kuitenkin useimmiten virran stabiloidusta lähteestä, eikä tämä ongelma ole niille relevantti.
4. Piirin lähtöresistanssia voidaan pienentää vastuksella R10. Sitä ei kuitenkaan saa asettaa alle 4,7 ohmiin, koska tässä tapauksessa piiri voi olla jännittynyt. Kaaviossa ilmoitettu 47 ohmin arvo on optimaalinen yhteensopivuuden kannalta signaalikaapeleiden kanssa. Tosiasia on, että liitäntäkaapelit ovat itse asiassa siirtolinjoja, joilla on reaktanssi ja ilman tulo- ja lähtöimpedanssien yhteensopivuutta voi esiintyä resonanssiilmiöitä tai ainakin kaapeli muuttuu antenniksi. Ulostuloimpedanssi 22-47 ohmia vaimentaa tehokkaasti kaapelin resonansseja ja eliminoi siten kaikki sivuvaikutukset.

Artikkeli on laadittu Internetin materiaalien perusteella.