» » » Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-3. Усилитель в режиме ИТУН

 
 
 
7

Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-3. Усилитель в режиме ИТУН

Разместил MVV 24 октября 2014. Просмотров: 16 074

Не мечтай, действуй!


Незабываемый кадр из незабываемого фильма. Сейчас Марти МакФлай вжарит!!!

В этой части проекта читателю предлагается проверить эффективный способ достижения высококачественного звуковоспроизведения, заключающийся в переводе традиционного УМЗЧ (источника напряжения, управляемого напряжением) в источник тока, управляемый напряжением (ИТУН). Также упоминается подход, основанный на комбинированной отрицательной обратной связи по току и напряжению.

Эксперименты с ИТУН

Легким движением паяльника усилитель Питера Смита превращается в источник тока, управляемый напряжением — ИТУН (рис. 1). Дополнительно установленные элементы обведены на рисунке пунктирной линией. Обязательно проверьте это техническое решение. Следует, однако, учесть, что акустическая система (АС) должна быть широкополосной (однополосная или двухполосная АС с простейшими фильтрами не выше первого порядка). У меня акустической системой служили четырехваттные динамики в исполнении открытый ящик от переносного электрофона.
Чувствительность усилителя с входа составляет около 0,5 В.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.

Токовое управление громкоговорителями показывает ряд преимуществ по сравнению с усилителями с малым выходным сопротивлением [1 — 6]:
• Существенно снижаются нелинейные и интермодуляционные искажения;
• Уменьшается неравномерность АЧХ и расширяется полоса воспроизводимых частот;
• Улучшается импульсная характеристика громкоговорителя.
• Существенно улучшается разборчивость фонограмм, что важно для людей с пониженным слухом.


Находясь под впечатлением от настоящего эксперимента, читатель задастся рядом вопросов: «Куда смотрит аудиоиндустрия? Почему такое значительное улучшение качества звуковоспроизведения от использования токовых усилителей до сих пор не замечено? Неужели трудно создать серийные усилители звуковой частоты с токовым выходом?».

Однако вопрос заключается не в создании серийных образцов токовых усилителей, а в их согласовании с акустическими системами. Последние проектируются в расчете на низкое выходное сопротивление усилителей (питание от источника напряжения), при этом обеспечивается правильный тональный баланс и плоская АЧХ.

Попытка подключения ИТУН (генератора тока) к многополосной акустической системе приведет к сбою тонального баланса, сведя на нет снижение искажений.
Кроме того, значительные проблемы наблюдаются вблизи резонансных частот динамических головок, где модуль полного сопротивления начинает возрастать. Поскольку напряжение на выходе токового усилителя пропорционально сопротивлению нагрузки, напряжение на головке также возрастает, что приводит к перегрузке с резким ухудшением качества звуковоспроизведения.

Поэтому требуется изменение методики проектирования многополосных АС, рассчитанных на токовое управление.

И все же до такой степени заметное улучшение качества звучания столь доступным способом не может остаться без внимания (хотя бы радиолюбителей). Усилители с обратной связью по току можно с успехом использовать в качестве полосовых при конструировании активных акустических систем с активным кроссовером (многополосным разделительным фильтром перед полосовыми УМЗЧ).

В статье [2] Сергей Агеев надеялся порадовать любительскую общественность конструкцией высококачественного четырехполосного громкоговорителя на основе распространенных динамических головок, построенных на базе предложенных им принципов снижения искажений.
Но как гласит известная пословица «Хочешь рассмешить бога – настрой планов!». Неоднократно убеждался в ее справедливости на собственном опыте.

Комбинированная ООС по току и напряжению

Значительно расширяет поле деятельности любителей подход, основанный на использовании комбинированной отрицательной обратной связи по току и напряжению, позволяющий строить усилители, обладающие ненулевым выходным сопротивлением [5, 7 — 9].

При этом:
• Улучшаются условия работы головки громкоговорителя и снижаются его нелинейные искажения;
• Возрастают электрическая и полная добротность низкочастотного громкоговорителя, что изменяет его АЧХ в области низких частот.


Комбинированная обратная связь по напряжению и току эффективно уменьшает переходные интермодуляционные искажения, повышает точность воспроизведения атаки звукового сигнала и дает, пожалуй, наибольший эффект в улучшении качества звуковоспроизведения.

С практической точки зрения следует выделить публикации нашего согражданина-датагорца Игоря Рогова [7, 8], в которых рассмотрены схемы построения УМЗЧ с ненулевым выходным сопротивлением для инвертирующего и неинвертирующего усилителей.

Также разработана программа расчета, дополненная примером оценки АЧХ громкоговорителя в акустическом оформлении «закрытый ящик» при подключении его к указанному усилителю [8].

Показанная на рис. 1 схема – не «чистый» преобразователь напряжения в ток (ИТУН), а усилитель с комбинированной отрицательной обратной связью по току и напряжению. Ее особенность заключается в том, что она позволяет получить необходимое выходное сопротивление усилителя.

Регулировка выходного сопротивления осуществляется путем изменения сопротивления резистора R8. Требуемое выходное сопротивление поможет выбрать табл. 1. Обратите внимание, что выходное сопротивление Rвых не зависит от сопротивления нагрузки (АС). Изменяется лишь коэффициент передачи усилителя.


Как видно из табл. 1, выходное сопротивление усилителя может меняться в довольно широких пределах, позволяя найти оптимальное качество звучания. Обычно оно соответствует выходному сопротивлению, соизмеримому с сопротивлением нагрузки. Здесь выполнено соотношение Rн/R9=R5/R4, чтобы коэффициент усиления не зависел от значения R8.

Можно провести расчет параметров цепей обратной связи УМЗЧ таким образом, чтобы коэффициент передачи усилителя (Ku=25,2 дБ) был постоянным для сопротивлений нагрузок Rн=4; 6 и 8 Ом. В этом случае выходное сопротивление Rвых для каждой Rн будет определяться своим значением R8 (Табл. 2).



Настоятельно советую на практике познакомиться с этой интересной стороной взаимодействия УМЗЧ и АС.
Вполне можно отказаться от цепи R4, C3, что, однако приведет к изменению коэффициента усиления УМЗЧ при установке требуемого выходного сопротивления усилителя резистором R8.

Необходимая информация для экспериментов приведена на рис. 2 и в табл. 3.

Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен только полноправным членам сообщества и подписчикам.
Пожалуйста, ознакомьтесь с условиями доступа.


При R4 более 1 кОм емкость конденсатора С3 может быть уменьшена до 100 мкФ.

Недостатки ИТУН и усилителей с регулируемым выходным сопротивлением

Я вижу два основных недостатка:

1. Усилители с токовым выходом и регулируемым выходным сопротивлением не универсальны, весьма чувствительны к акустическим системам. На ряде АС увеличение выходного сопротивления не приводит к улучшению качества звучания, часть АС начинает «бубнить».

2. С повышением уровня входного сигнала быстрее растут интермодуляционные искажения на низких частотах по сравнению с питанием АС от источника напряжения.
Данный эффект вызван снижением магнитной индукции в крайних положениях диффузора громкоговорителя. Поскольку в ИТУН и усилителях с регулируемым выходным сопротивлением сила со стороны катушки прямо пропорциональна силе тока и магнитной индукции в зазоре катушки, снижение индукции приводит к появлению гармоник (в основном второй и третьей).
В усилителях с питанием от источника напряжения ток в катушке зависит от ее омического сопротивления и индуктивности, негативное влияние которых в современных динамических головках сведено к минимуму.

Дальнейший план действий

Призвав читателя окунуться в серию интереснейших экспериментов с усилителями тока и с комбинированной обратной связью (по току и напряжению), хочу предложить две конструкции, в которых используется ИТУН, но в целом УМЗЧ обладает традиционными свойствами малого выходного сопротивления, то есть, предназначен для работы с серийно выпускаемыми акустическими системами.

Первая из предложенных схем описана в части 5-4 и содержит преобразователь напряжения в ток в выходном каскаде, а в целом УМЗЧ охвачен глубокой ООС по напряжению.

Во втором УМЗЧ ИТУН расположен на входе выходного каскада, охваченного параллельной ООС, что позволило обеспечить ее максимальную глубину. Эта схема описана в заключительной части 5-5.

На картинке в аннотации статьи показан пример грамотного управления громкоговорителем. Сцена из первой части научно-фантастической трилогии «Назад в будущее», в которой Марти Макфлай пытается поиграть на своей гитаре, подключив ее к громадному динамику в лаборатории Дока Брауна.


Упомянутые источники

1. Страница Николая Лишманова (Lincor)
2. Агеев С. Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление? (О снижении интермодуляционных искажений и призвуков в громкоговорителях) // Радио, 1997, №4, с. 14 – 16.
3. Алейнов А., Сырицо А. Улучшение звуковоспроизведения в системе УМЗЧ – громкоговоритель // Радио, 2000, №7, с. 16 – 18.
4. УМЗЧ с токовым выходом. Принцип действия и практические схемы
5. Аудио усилитель MF-1 на TDA7294/93 с гибридной ООС
6. Сапожников М. Нестандартные включения микросхем в УМЗЧ // Радио, 1998, №2 с. 23.
7. Рогов И. Регулировка выходного сопротивления УМЗЧ посредством комбинированной ООС // Радио, 2007, №10, с. 19 – 22.
8. Программа расчета комбинированной ООС
9. Рогов И. УМЗЧ с регулируемым выходным сопротивлением // Радио, 2008, №4, с. 14 – 17; 2008, №5, с. 14, 15.
Владимир Мосягин (MVV)
Россия, Великий Новгород
Профиль MVV
Радиолюбительством увлекся с пятого класса средней школы.
Специальность по диплому радиоинженер, к.т.н.

Автор книг «Юному радиолюбителю для прочтения с паяльником», «Секреты радиолюбительского мастерства», соавтор серии книг «Для прочтения с паяльником» в издательстве «СОЛОН-Пресс», имею публикации в журналах «Радио», «Приборы и техника эксперимента» и др.
 

Понравилось? Палец вверх!

  • всего лайков: 177

Поделись с друзьями!

Связанные материалы:


Схема на Датагоре. Новая статья Входной буфер и регулятор уровня громкости для УМЗЧ. Часть 2... Привет! Продолжаем тему, поднятую в моей статье «Входной буфер и регулятор уровня громкости...
Схема на Датагоре. Новая статья Варианты цепей защиты входа интегратора УМЗЧ... Учитывая, что напряжение питания усилителя мощности обычно превышает напряжение питания...
Схема на Датагоре. Новая статья Новое звучание TDA2822M. Усилитель с изменяемым выходным сопротивлением... Известно, что повышение выходного сопротивления усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ) способно...
Схема на Датагоре. Новая статья Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-4. Токовая помпа Хоуленда в выходном каскаде УМЗЧ... Не мечтай, действуй! Особенность построения УМЗЧ настоящего проекта заключается в том, что его...
Схема на Датагоре. Новая статья Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-2. Компенсация сопротивления соединительных проводов акустических систем... Не мечтай, действуй! Интерфейсные искажения, возникающие между УМЗЧ и акустической системой, явно...
Схема на Датагоре. Новая статья О чувствительности динамиков и АС, мощности и прочем... При постройке АС, особенно для ламповых усилителей, попадаются старые динамики, у которых...
Схема на Датагоре. Новая статья Полный усилитель на микросхемах. Часть 5-1. Улучшаем УМЗЧ Питера Смита... Не мечтай, действуй! В заключительной пятой части проекта проведем серию экспериментов по...
Схема на Датагоре. Новая статья Полный усилитель на микросхемах. Часть 1. Усилитель мощности звуковой частоты на TDA2006, TDA2030, TDA2040, TDA2050, LM1875... Не мечтай, действуй! В настоящем проекте мы построим простой усилитель мощности звуковой частоты...
Схема на Датагоре. Новая статья УМЗЧ с компенсацией нелинейности, 160 Вт (Римейк по В. Королю)... Этой разработке почти 20 лет. Но она вовсе не потеряла своей актуальности. Автор базовой схемы В....
Схема на Датагоре. Новая статья Усилитель Пронина на 6Ф3П в новом исполнении + хитрый открытый ящик на 5-ГДШ... В 2007 году попросили реанимировать усилитель на 6Ф3П. Нравится простой и доступный усилитель, и...
Схема на Датагоре. Новая статья Операционные усилители. Ч.1 Теория, типовые включения... Источник: Радиокот.ру Представляю вашему вниманию статью про операционные усилители (ОУ). Надеюсь...
Схема на Датагоре. Новая статья TDA7384... Микросхема TDA7384 представляет собой мостовой четырехканальный усилитель мощности ЗЧ с...
<
  • Гражданин
24 октября 2014 22:19

Павел / Endl

Цитата
  • С нами с 24.12.2009
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 18 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Есть очень интересная статья: Горшеин Д. Особенности проектирования кроссоверов // Радио №6, №7, 2013; там тоже упоминается ИТУН и способы уменьшения нелинейных искажений АС.

<
  • Главный редактор
24 октября 2014 23:53

Игорь Петрович Котов / Datagor

Цитата
  • С нами с 25.02.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 1 640 комментариев
  • 261 публикация
 
  • 0
Владимир, спасибо! Ждём продолжения вашего масштабного исследования.
Кто не поленится прочитать и разобраться, не пожалеет. good

<
  • Гражданин
25 октября 2014 00:09

Александр / otzvuk

Цитата
  • С нами с 16.03.2010
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 26 комментариев
  • 1 публикация
 
  • 0
Тема нужная. Мнения о ИТУН весьма разнополярные. Нужны серьезные эксперименты по сравнительной оценке ИНУН и ИТУН на базе слепых тестов. Промысло этим никогда не заинтересуется: у них конвейер, дизайн и бизнес. У меня простейший ИТУН на TDA2050 (по раннему Linkorу) нагружен на сдвоенные 6ГД-2 в ЗЯ объемом 50 л, в диапазоне 35-300 Гц, выше щиты с 6ГДШ-5 и 2ГД-36. Субъективный тест на известных записях для оценки автозвука система прошла успешно. Дешево и сердито.

<
  • Гражданин
25 октября 2014 01:20

Игорь Рогов / AudioKiller

Цитата
  • С нами с 10.01.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 293 комментария
  • 3 публикации
 
  • 0
1. Это все-таки на самом деле не ИТУН, а усилитель с ненулевым выходным сопротивлением. Так что заголовок слегка обманчив.

2. И это правильно, по моим наблюдениям выходное сопротивление 1...7 Ом улучшает звучание, а более высокое - ухудшает. Хотя с широкополосниками я экспериментировал мало.

3. Если в первой схеме поменять местами R4 и С3, и левый по схеме вывод R8 подключить к точке их соединения, то электролит С9 становится не нужен.

4. Цепь Цобеля R7C4 (я бы все же увеличил R7 до 4...6 Ом) можно подключать ее нижним концом к датчику тока R9, а можно к земле. Будет небольшая разница. Но насколько будет различаться и как лучше - не знаю. Скорее всего это будет сильно зависеть и от усилителя, и от колонок. Интересно было бы "массово поэкспериментировать".

5. Не понял насчет индукции. Что же касается силы, действующей на ЗК, то в ИТУНе она выше, т.к. в "обычном" усилителе выходной ток снижается из-за роста сопротивления динамика вблизи резонанса. А в ИТУНе и иже с ним ток = const.

<
  • Автор
25 октября 2014 02:12

Владимир Мосягин / MVV

Цитата
  • С нами с 21.09.2011
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 152 комментария
  • 37 публикаций
 
  • 0
Спасибо за комментарии! Отвечу тезисно по пояснениям Игоря (Audiokiller).
1, 2. Так и есть, наши наблюдения совпадают.
3. Правильно, но ставилась задача по минимуму трогать типовую схему, поэтому в нее добавлены три детали. В «чистовой» схеме надо делать в соответствии с вашей рекомендацией.
4. «Массово поэкспериментировать» - двумя руками «за», в этом цель проекта!

<
  • Кандидат
27 октября 2014 14:28

Валерий Климовец / Капитан_Немо

Цитата
  • С нами с 8.10.2008
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 39 комментариев
  • 0 публикаций
 
  • 0
Кстати, вопрос по широкополосникам - ведь если АЧХ в ИТУН расширяется и снизу, и сверху, то для известных 4А-32 можно будет обойтись без пищалки сверху? Или ИТУН не настолько поможет этим динамикам вытянуть верха?

<
  • Гражданин
28 октября 2014 01:41

Игорь Рогов / AudioKiller

Цитата
  • С нами с 10.01.2012
  • Ушёл в реал Пользователь offline
  • 293 комментария
  • 3 публикации
 
  • 0
ИТУН увеличит уровень сигнала, приходящий на динамик, но не научит его воспроизводить ВЧ.

Добавление комментария


Налетай! Паяльники, станции, жала с доставкой
  • smilelolbyewinkyahoocoollaughing
    crazybadcryingsadirefulsickstraight
    ballooncakegooddrinksmailbombsun
    nightrainstarscolddashguitar-manhandshake
    musicnegativenopardonshoksleepunknown
    wackoyawnblushbullyhashsmokingwhew
Скопируйте текст вашего комментария на случай неверного ответа на контрольный вопрос.