Математическая морфология.

Электронный математический и медико-биологический журнал. - Т. 12. -

Вып. 3. - 2013. - URL:

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-39-html/TITL-39.htm

http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-39-html/cont.htm

 

УДК 621.391.161

 

ВОПРОСЫ ВВЕДЕНИЯ ЧАСТОТНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ВЫХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ  ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

 

Ó 2013 г. Строев Н. Н, Лобанов А. В.

 

(stroev.doc)

 

В работе изложен метод улучшения характеристик усилителей мощности звуковой частоты путем введения обратной токовой связи. Данный метод позволяет снизить эффект «транзисторного звучания» за счёт увеличения выходного импеданса усилителя мощности на высоких частотах. Приведены результаты имитационного моделирования, полученные в среде Micro-Cap 10.

Ключевые слова: усилители звуковой частоты, обратная связь по току,  выходное сопротивление.

 

Повышение качества звуковоспроизводящих систем требует поиска новых схемотехнических решений, обеспечивающих устранения нежелательных эффектов, приводящих к искажению звука. Одним из таких эффектов, является так называемый эффект «транзисторного звучания». В литературе называется множество причин, которые возможно приводят к этому эффекту, а само название связано с тем, что проявляется он в схемах с транзисторными выходными каскадами и отсутствует в ламповых. Поэтому радикальным способом можно считать применение электронных ламп в выходных каскадах усилителей, как и делается в высококачественной звуковой аппаратуре.

Мы попытались разобраться в причинах указанного эффекта и возможности его снижения без перехода к ламповым схемам

Одним из существенных отличий характеристик электронных ламп от транзисторов является их лучшая линейность в динамическом диапазоне и приближение их к виду управляемого напряжением источника тока. В этом случае на средних и высоких частотах звучания звуковая магнитная головка работает фактически от источника переменного тока, а не напряжения. Перемещение диффузора в соответствии с законами электродинамики связано с изменением тока в обмотке, а не напряжения на ней. В транзисторных схемах на обмотку подается напряжение, а преобразование в ток происходит засчет импеданса магнитной головки и пассивных фильтрующих элементов, обычно используемых в звуковых колонках. Нет сомнений, что импеданс головки сильно зависит от частоты, причем с резонансными пиками в области высоких частот. Активная составляющая сопротивления, обычно 4 или 8 Ом, действительно актуальна для низких частот, а на высоких учет характера нагрузки должен обязательно влиять на характеристики выходного каскада усилителя. Подбор элементов фильтров лишь частично позволяет снизить указанный эффект при одновременном ухудшении энергетических показателей.

Нами предлагается метод снижения эффекта «транзисторного звучания» путем введения частотно-зависимой обратной связи, ведущим к увеличению выходного импеданса усилителя мощности на высоких частотах.

Выходное сопротивление – это сопротивление между выходными зажимами при подключенном источнике входного сигнала с известным внутренним сопротивлением. Для сопротивления нагрузки, подключенного к выходу усилителя, этот усилитель является генератором с определенным внутренним сопротивлением.

Именно отрицательная  частотно-зависимая обратная связь по току имеет смысл при формировании коррекции выходного импеданса  усилителя звуковой частоты. Структура ООС по току представлена на рисунке 1. В определённом диапазоне частот, задаваемом элементами ОС,  усилитель будет проявлять свойства преобразователя напряжения в ток, что и позволит повысить выходное сопротивление, которое будет изменяться по следующей формуле:

Рис. 1. Структура ООС по току

 

Возможные способы введения частотно-зависимой обратной связи представлены на рисунке 2.

 

Рис. 2. Способы введения частотно-зависимой обратной связи

 

Для определения структуры цепи ОС, состоящей из элементов Z1, Z2 предполагают, что имеют дело с идеальным усилителем. Из этого предположения вытекают следующие конкретные условия:

·для того чтобы с ростом частоты функция спадала, импеданс Z2 должен быть ёмкостным в параллельной цепи;

·для того чтобы с ростом частоты функция нарастала, ёмкость должна быть включена параллельно Z1;

·для того чтобы функция спадала в сторону низких частот, конденсатор должен быть подключен последовательно к Z1.

В качестве инструментария исследования был выбран пакет имитационного моделирования Micro-Cap 10.На рисунке 3 приведена одна из исследованных структур усилителя с корректирующей импеданс ООС по току.

Рис. 3. Усилитель с корректирующей ООС по току­

На рисунке 4 представлена полученная для данной схемы характеристика частотной зависимости выходного сопротивления.

Рис. 4 Частотная характеристика выходного сопротивления

 

Предполагается продолжить исследование, в том числе с применением макетирования и отбора решений.

Вывод: данное направление исследований является перспективным , поскольку открывает возможность существенно повысить качество звуковоспроизводящей аппаратуры без использования дорогостоящей элементной базы.

 

Литература

 

1.Данилов А. А. Прецизионные усилители низкой частоты – М.: Горячая-линия-Телеком, 2004 – 352с.

2.Рогов И. А. УМЗЧ с регулируемым выходным сопротивлением// Радио - 2008. -  №4

3.Шкритек П. Справочное руководство по звуковойсхемотехнике: Пер. с нем.-М.:Мир, 1991. – 446с.

ASPECTS OF MAKING SOUND POWER AMPLIFIER’S OUTPUT RESISTANCE FREQUENCY DEPENDENT

Stroev N. N., Lobanov A. V.

 

Thisarticleshows method of improving sound power amplifier’scharacteristics by adding current feedback circuits. Ithelpstoreduce ‘transistorsoundeffect’with growth of output resistance on high frequences. Results of imitational modeling in Micro-Cap 10 are included.

Key words: soundamplifiers, current feedback, output resistance.

 

Филиал ФГБОУВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Смоленске

Поступила в редакцию 12.09.2013.