Меню

Термостабильный генератор тока схема

Источник стабильного тока от 5 мкА до 20 мА

Источник стабильного тока понадобился автору для отладки схем на биполярных транзисторах, которые, как известно, управляются током. Важное требование к нему — изоляция общего провода прибора от общего провода отлаживаемого устройства, поэтому источник питания пришлось взять автономный. Встроенный четырёхразрядный микроамперметр с автоматическим переключением пределов позволяет немного уменьшить количество аппаратуры, одновременно размещаемой на столе экспериментатора.

Идея схемы взята отсюда. Собственно источник стабильного тока устроен так:

Сопротивление резистора R1 некритично, нужно только, чтобы ток базы транзистора Т1 полностью открывал его. Коэффициент передачи тока транзистора BC559C — около 500, верхний предел регулировки тока у источника — 20 мА, значит, 200 мкА через базу — более чем достаточно. Резистор в 10 кОм обеспечит около 1 мА при 10 В, в принципе, можно увеличить его даже до 50 кОм.

Транзисторы Т1 и Т2 должны быть одинаковыми, но при больших токах параметры Т1 всё равно будут немного «уплывать» из-за небольшого нагрева.

Ток, подаваемый устройством во внешнюю цепь, определяется суммарным сопротивлением резисторов R3 — R5. Их функции: R3 — ограничение тока в случае, если оба переменных резистора вывернуты «в нуль», R4 — точная регулировка тока, R5 — грубая. Ток рассчитывается по формуле I=0.7/(R3+R4+R5), поэтому, например, если резистор R3 взять сопротивлением в 27 Ом, верхний предел регулировки тока составит 0.7/27=25,9мА. На практике получилось 21,6 мА, поскольку падение напряжения на транзисторе Т2 оказалось меньше — около 0,6 В.

Полная схема устройства:

«Крона» питает источник стабильного тока, два элемента ААА — четырёхразрядный микроамперметр. Поэтому выключатель питания взят с двумя нормально разомкнутыми группами контактов. Переключатель S1 позволяет отключить верхнюю клемму и замкнуть источник тока накоротко, чтобы настроить его заранее, до подключения к отлаживаемой схеме.

Параметры на практике получились следующими: максимальный ток — 21,6 мА, максимальный ток при «грубом» регуляторе, вывернутом «в нуль» — 0,3 мА, минимальный — 4,7 мкА. Правда, встроенный микроамперметр меньше 10 мкА не показывает, поэтому внешний иногда может и потребоваться. Выставленный ток остаётся практически неизменным при изменении напряжения на внешней цепи от 0 до 8 В.

Микроамперметр сделан из мультиметра с автоматическим переключением пределов JT-033A фирмы SHENZHEN JINGTENGWEI INDUSTRY CO.,LTD: переключатель режимов удалён, вместо него впаяны перемычки, заставляющие его всегда работать в режиме измерения тока.

Расположение компонентов в корпусе следующее:

Jim сделал симуляцию схемы в Falstad, автор её немного переработал для отображения большего количества параметров, получилось:

А вот результат симуляции при сопротивлении резистора R1 в 100 кОм:

Источник

Бурыкин Валерий

Жизнь в динамике

Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения.

Стабилизатор напряжения.


Рис. 1 Схема идеального источника напряжения.


Рис. 2 Функциональная схема реального источника напряжения.

Генератор тока.


Рис. 3 Функциональная схема идеального источника тока.


Рис. 4 Практические схемы простых генераторов тока на биполярных транзисторах.

Что нужно для расчёта источника тока.

Пример расчета простого генератора тока на биполярном транзисторе

Пример расчета:


Рис. 7 Генератор тока с внутренним источником напряжения.


Рис. 8 Генератор тока с дифференциальным усилителем.


Рис. 9 Регулируемый генератор тока.


Рис. 10 Функциональная схема стабилизатора напряжения.


Рис. 11 Простой источник опорного напряжения.


Рис. 12 Схема ИОН с повышенной стабильностью Uоп.


Рис. 13 Один из вариантов подключения датчиков к генератору тока.

10 response to «Генератор тока (источник тока). Различия и сходства стабилизаторов тока и напряжения.»

By: Александр Posted: 03.05.2020

Здравствуйте. Скажите,как посчитали: При Rбал. = 2 кОм и дельта Uпит. = 18 В, дельта Uоп. составит 0,53 В.

Динамическое сопротивление стабилитрона:
rст = 60 Ом (См. таблицу выше)

dI = dU/2кОм = 9мА
dUоп. = dI * rст. = 0.009 * 60 = 0.54 В
Простите на 0,01V ошибся. Но я считал навскидку.

By: АЛЕКС Posted: 16.01.2020

А во! — Вразумте дядько разницу между генератором тока и напряжения или как там ЭДС, а также, что подразумить глядя на батарейку — это источник тока и источник ЭДС, а где там вооще то есть напряжение и что мы в первую очередь можем определить и измерить.
Может это курица и яйцо ;))

То есть дядько Вам сейчас в своём ответе должен пересказать всю статью?
Там есть объяснение в чём разница.
А к чему Вы приплели здесь ЭДС. Это вообще овощ с другого огорода и к созданию электронных схем никакого отношения не имеет.
Если Вам это точно интересно то вот Вам ссылка: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

By: triak Posted: 01.08.2020

нас в институте учили так — если внутреннее сопротивление источника близко к нулю, — это источник напряжения.
Если внутреннее сопротивление источника близко к бесконечности, — это источник тока.
Любая реальная батарейка, аккум или выход выпрямителя — где-то между.
Пока при снижении сопротивления нагрузки (т.е. увеличении нагрузки) напряжение на ней не падает (а только растёт ток через неё) — это она питается от хорошего источника напряжения.
Если при изменении величины нагрузки остаётся стабильным ток через неё (по при этом меняется напряжение, и ИСТОЧНИК НЕ ПЕРЕГРЕВАЕТСЯ и не сгорает) — она питается от хорошего источника тока

Ну так в статье как раз об этом и рассказано. Только вот в статье дано математическое обоснование всему этому и примеры расчетов.
Что касается батарейки, аккумуляторов, солнечных элементов, различных электрогенераторов без схем управления и т.д. и т.п., то они действительно находятся между генератором напряжения и генератором тока. Называются такие источники источниками ЭДС.

By: Алекс Posted: 15.01.2020

Упс:)
<>
— Из тогот, что Uстаб=Uбэ+Uэ и постоянном напряжением Uiсточ. МОЖНО сделать вывод:, — что повышая Rнагр ток проходящий через Rэ будет падать и ни о какой стабилизации тока нет и речи касательно самых первых примитивных схем. Источнику негде взять повышение напряжения соразмерно повышения Rнагр.

УПС:)
А Вы статью вообще читали в каком состоянии?
Ведь в ней об этом говорится и в расчётах это учитывается.
Да, есть граничные условия для напряжения питания и максимальной величины Rнагр.
При определённом Uпит. есть некоторый диапазон 0

By: Юрий Posted: 28.04.2019

Идеального генератор тока и напряжения в природе не существует.Все зависит он нагрузки, когда мы можем говорить об одном или о другом.Точнее об соотношении нагрузки и внутреннего сопротивления источника.То,что вы приводите в конце статьи- это перевод .Возможно даже машинный.Что же к этому придираться?

Я придираюсь к тем кто публикует такие переводы.
Или их также публикуют машины?

Но на самом деле если Вы наберёте в поиске запрос «генератор тока»
То таких, как Вы говорите «переводов» найдёте море, да практически
все результаты поиска будут из них состоять.

Источник

Что такое термоэлектрический генератор?

Согласно мировой статистике, от общего числа выработанной электроэнергии, на ТЭС приходится более 60%. Как известно, для работы тепловых электростанций необходимо органическое топливо, запасы которого не бесконечны. Помимо того, положенный в основу техпроцесс не является экологически чистым. Но низкая стоимость оргтоплива и высокий КПД ТЭС, позволяет получать «дешевое» электричество, что оправдывает применение данной технологии. Выход из сложившейся ситуации – альтернативные источники энергии, к таковым относятся термоэлектрические генераторы (далее ТЭГ), о них и пойдет речь в этой статье.

Читайте также:  Пример решения задач по цепям переменного тока

Что такое термоэлектрический генератор?

Так принято называть устройство, позволяющее преобразовать тепловую энергию в электрическую. Следует уточнить, что термин «Тепловая» не совсем точен, поскольку тепло, это способ передачи, а не отдельный вид энергии. Под данным определением подразумевается общая кинетическая энергия молекул, атомов и других структурных элементов, из которых состоит вещество.

Несмотря на то, что на ТЭС сжигается топливо для получения электричества, ее нельзя отнести к ТЭГ. На таких станциях тепловая энергия вначале преобразуется в кинетическую, а она уже в электрическую. То есть, топливо сжигается для получения из воды пара, который вращает турбину электрического генератора.

Схема работы ТЭС

Схема работы ТЭС

Исходя из выше изложенного, следует уточнить, что ТЕГ должен генерировать электроэнергию без промежуточных преобразований.

Принцип работы

В основе ТЭГ лежит термоэлектрическое явление, описанное в начале 20-х годов XIX века немецким ученым-физиком Томасом Иоганном Зеебеком. Он обнаружил появление ЭДС в цепи замкнутого типа, состоящей из проводника и сурьмы, при условии создания разности температур в местах, где эти материалы контактируют. Изображение устройства, при помощи которого был зафиксирован данный эффект, представлено ниже.

Термопара из опыта Зеебека

Термопара из опыта Зеебека

Обозначения:

  • 1 – медный проводник.
  • 2 – проводник из сурьмы.
  • 3 – стрелка компаса.
  • А и В – места контакта двух проводников.

При нагревании одного из контактов стрелка отклонялась, что свидетельствовало о наличии магнитного поля, вызванного ЭДС. При нагреве другого контакта, направление ЭДС менялось на противоположное. Соответственно, при разрыве цепи, можно зафиксировать разность потенциалов на ее концах.

Через 12 лет, после публикации Зеебеком результатов своих опытов, французским физиком Жаном Пельтье был обнаружен обратный эффект. Если через цепь термопары пропускать ток, то в местах контакта этих веществ возникает разность температур. Мы не будем приводить описание опыта Пельтье, а также данные по современным одноименным элементам, эту информацию можно найти на нашем сайте.

По сути, оба эти эффекта обратные стороны одного термоэлектрического явления, позволяющего напрямую получать электричество из тепловой энергии. Но, до открытия полупроводников, термоэлектрический эффект не находил практического применения, ввиду неприемлемо низкого КПД. Поднять его до 5% удалось только в середине пошлого века. К сожалению, даже у современных полупроводниковых элементов, этот показатель остается на уровне 8%-12%, что не позволяет рассматривать генераторы данного типа в качестве серьезных конкурентов ТЭС.

Современный элемент Пельтье с указанием размеров

Современный элемент Пельтье с указанием размеров

Перспективы

В настоящее время продолжаются опыты по подбору оптимальных термопар, что позволит увеличить КПД. Проблема заключается в том, что под данные исследования затруднительно подвести теоретическую базу, поэтому приходится полагаться только на результаты экспериментов. Учитывая, что на эффект влияет процентное соотношение и состав сплавов материала для термопар, говорить о ближайших перспективах неблагодарное занятие.

Велика вероятность, что в ближайшее время для повышения добротности термоэлементов, разработчики перейдут на другой уровень изготовления сплава для термопар, с использованием нано-технологий, ям квантования и т.д.

Вполне возможно, что будет разработан совершенно иной принцип с использованием нетрадиционных материалов. В качестве примера можно привести эксперименты, проводимые в Калифорнийском университете, где для замены термопары использовалась искусственная синтезированная молекула, которая соединяла два золотых микро проводника.

Молекула вместо термопары

Молекула вместо термопары

Первые опыты показали возможность реализации идеи, насколько она перспективна, покажет время.

Сфера применения и виды термоэлектрических генераторов

В виду низкого КПД для ТЭГ остается два варианта применения:

  1. В местах, где недоступны другие источники электроэнергии.
  2. В процессах, где имеется избыток тепла.

Приведем несколько примеров таких устройств.

Энергопечи

Данные, устройства, совмещающие в себе следующие функции:

  • Варочной поверхности.
  • Обогревателя.
  • Источника электроэнергии.

Это прекрасный образец, объединяющий все оба варианта применения.

Индигирка – три в одном

Индигирка – три в одном

У представленной на рисунке энергопечи следующие параметры:

  • Вес – чуть больше 50 килограмм (без учета топлива).
  • Размеры: 65х43х54 см (с разобранным дымоходом).
  • Оптимальная загрузка оргтоплива – 30 литров. Допускается использование лиственной древесины, торфа, бурового (не каменного!) угля.
  • Средняя тепловая мощность устройства около 4,5 кВт.
  • Мощность электронагрузки от 45-50 Вт.
  • Стабилизированное постоянное напряжение на выходе – 12 В.

Как видите, эти параметры вполне приемлемы для условий, где нет электричества, отопления и газа. Что касается небольшой электрической мощности, то ее вполне достаточно для зарядки мобильных устройств или питания других гаджетов, через адаптер от автомобильного прикуривателя.

Радиоизотопные ТЭГ

В качестве источника тепла для ТЭГ может выступать тепловая энергия, выделяющаяся в процессе распада нестабильных элементов. Такие источники называют радиоизотопными. Основное их преимущество заключается в том, что не требуется постоянная загрузка топлива. Недостаток – необходимость установки защиты от ионизирующего излучения, невозможность перезаправки топлива и необходимость утилизации.

Срок эксплуатации таких источников напрямую зависит от периода полураспада вещества, используемого в качестве топлива. К последнему предъявляется следующий ряд требований:

  • Высокий коэффициент объемной активности, то есть небольшое количество вещества должно обеспечивать нужный уровень выделения энергии.
  • Поддержка необходимого уровня мощности в течение длительного времени. На этот параметр отвечает, как было отмечено выше, влияет период полураспада, например у стронция-90 он 29 лет, следовательно, источник через это время потеряет половину своей мощности.
  • Ионизирующее излучение должно быть удобным для утилизации, то есть в нем должны преобладать α-частицы.
  • Необходимый уровень безопасности. То есть ионизирующее излучение не должно нанести вред экологии (в случае эксплуатации на земле) и питающемуся от такого источника оборудованию.

Таким критериям отвечают изотопы кюрия-244, плутония-238 и упоминавшийся выше стронций-90.

Сфера применения РИТЕГ

Несмотря на серьезные требования к таким источникам, сфера их применения довольно разнообразна, они используются как в космосе, так и на земле. Ниже на фото, изображен РИТЕГ, работавший на космическом аппарате Кассини. В качестве топлива использовался изотоп плутония-238. Период полураспада этого элемента чуть больше 87 лет. Под конец 20-ти летней мисси источник вырабатывал 650 Вт электроэнергии.

Радиоизотопное «сердце» Кассини

Радиоизотопное «сердце» Кассини

Кассини была приведена в качестве примера, а на счет массовости можно констатировать, что, практически, все КА для электропитания оборудования используют РИТЕГ. К сожалению, характеристики радиоизотопных источников энергии космических аппаратов, как правило, не публикуются.

На земле ситуация приблизительно такая же. Технология РИТЕГ как бы известна, но ее детали относятся к закрытой информации. Достоверно известно, что такие установки применяются в качестве источника питания навигационного оборудования в местности, где по техническим причинам невозможно получать электроэнергию другим способом. То есть, речь идет о труднодоступных регионах.

К сожалению, такие источники не самая подходящая альтернатива ТЭС с экологической точки зрения.

РИТЕГ поднятый с 14-митровой глубины возле Сахалина

РИТЕГ поднятый с 14-митровой глубины возле Сахалина

Как сделать термоэлектрический генератор своими руками?

В завершении расскажем, как сделать ТЕГ, которым можно пользоваться в турпоходе, на охоте или рыбалке. Естественно, мощность таких устройств будет уступать радиоизотопным генераторам энергии, но ввиду труднодоступности плутония, и его неприятным свойством наносить вред человеческому организму придется довольствоваться малым.

Читайте также:  Буква определяющую силу тока

Нам понадобится термоэлектрический элемент, например, ТЕС1 12710. Желательно использовать несколько элементов, подключенных параллельно, для увеличения мощности. К сожалению, тут есть очень серьезный нюанс, потребуется подобрать элементы со сходными параметрами, что у китайской продукции практически не реально, а использовать брендовую дорого, проще купить готовый генератор. Если использовать один модуль Пельте, то его мощности едва хватит для зарядки телефона или другого гаджета. Нам также понадобится металлический корпус, например, отслужившего блока питания ПК и радиатор от процессора.

Основные моменты сборки:

Наносим на корпус термопасту в месте, где будет крепиться термоэлектрический элемент, прислоняем его и фиксируем радиатором. В результате у нас получается конструкция, как на нижнем рисунке.

Туристический ТЭГ

Туристический ТЭГ

В качестве топлива лучше всего использовать «сухой спирт».

Теперь необходимо подключить к нашему источнику стабилизатор напряжения (схему можно найти на нашем сайте или в других тематических источниках).

Конструкция готова, можно приступать к проверке.

Источник



Схемотехника термостабильных УМЗЧ с «настоящим» суперА

С помощью программы Microсap-11 и идей нескольких патентов попробуем найти схему высококачественного, термостабильного и максимально простого усилителя мощности звуковой частоты (УМЗЧ). В таком усилителе не должно быть стабилизированных питающих напряжений и системы слежения за нулем на операционных усилителях (ОУ), желательно отсутствие любых регулировок (включая регулировки нуля или тока покоя выходных транзисторов) и наличие защиты от короткого замыкания нагрузки.

Обычно УМЗЧ состоит из усилителя напряжения (УН) и усилителя мощности — выходного каскада (ВК). Термостабильный УН будем строить на базе дифкаскада. Здесь можно применить схемотехнику ОУ, где известны две основные схемы: дифкаскад плюс каскады с общей базой (ломаный каскод) — Рис1 и дифкаскад плюс токовые зеркала — Рис2.

На выходе УНа поставим симметрирующий выходной каскад на транзисторах Q4-Q9 -(Рис1). Вместо ВК после УНа пока поставим виртуальный усилитель Х1 (имеющийся в МС11 в виде Макроса) с «идеальными » характеристиками (бесконечно большим входным, нулевым выходным сопротивлением и идеальной АЧХ). Как «заменителю» выходного эмиттерного повторителя- зададим ему коэффициент передачи 0,95 и нагрузим на 4-х Омную нагрузку .

Чтобы сравнивать усиление различных схем УНов будем везде применять одинаковую нагрузку УНа в виде резистора 100 кОм и конденсатора 39 пФ, который обычно обеспечивает стабильность следующего за ним каскада (составного эмиттерного повторителя) и определяет скорость нарастания не менее 40 В/мкС (при токе выходных транзисторов УНа = 3 мА). Конденсатор обратной связи УНа С5 — Рис1, (во всех схемах его величина будет равна 5 пФ), обеспечивает стабильность УНа и определяет усиление порядка 65 дБ на частоте 20 кГц при всех возможных коэффициентах усиления УНа (более 80дБ без ООС). Таким образом, при выборе общего усиления УМЗЧ равным 30 дБ, минимальная глубина ООС на этой частоте будет 35 дБ (50 раз)- смотрим на 2 кривые Рис1-Боде12 (это АЧХ/ФЧХ с замкнутой -( С3=0) и разомкнутой — (С3 = 1 фараде) ООС). В итоге обычные для ВК на эмиттерных повторителях искажения порядка 0,1-0,4 % уменьшаются с помощью общей ООС примерно в 50 раз до приемлимых искажений порядка 0,002-0,008 %. На более низких частотах глубина ООС выше и искажения будут меньше.

Для каждого УНа снимаем характеристики : АЧХ/ФЧХ- с замкнутой и разомкнутой ООС — (Боде1 и Боде12), гармонические искажения с шумами и без — THD(N), интермодуляционные искажения — IMD (Микрокап измеряет их по западному стандарту на частотах 14 и 15 кГц) , форму напряжений в разных точках схемы при различных входных напряжениях и их амплитудах — синусе и меандре (источники V1 и V2) с установками МС11, показанными на сканах с экрана компьютера ( файлы 1уст-2уст-. -10уст-IMD)

Для снятия зависимости выходного напряжения от напряжения питания (я назвал это «развязка» по питанию) переставляем источник синуса V1 со своего места на входе в разрыв между питанием V3 (а потом и V4 ) и резистором R17 ( R18) — смотрим файл 8-Рис1-уст-развязка. При этом нужно закоротить «старое» место установки V1 на землю). Переходим в режим снятия АЧХ и назначаем другие шкалы AC Analysis Limits (ставим птичку в строчке 3 и убираем её в 1-й ,2-й и 4-й) — смотрим 8-уст-развязка. Видим, что при наличии на шинах питания сигнала V1 (амплитудой 1 В и частотой 0,1 Гц- 100 МГц) ,а это могут быть пульсации источника питания или наводки от мощных токов выходных каскадов, на выход усилителя поступает, например, только (-100 дБ ) = 10 мкВ — это хорошая развязка по питанию.

Усиление классических схем Рис1 и Рис2 недостаточно для получения высоких характеристик УМЗЧ, поэтому разными способами будем добавлять каскады усиления.

Первый способ — применение вместо обычного дифкаскада — дифкаскада на основе схемы Шиклаи — как показано на Рис3 и Рис4.

Преимуществом таких схем (кроме высокого усиления) являются малые токи транзисторов дифкаскада ( до 100 мкА) . Появляется возможность реализовать схему инвертирующего усилителя (например Рис3-ИНВ2 ) с достаточно большим входным сопротивлением (10 кОм) и применить на входе высококачественный конденсатор 2-4 мкФ, «избавившись» от применения в цепи обратной связи неинвертирующего усилителя электролитического конденсатора 220 мкФ. Кроме этого можно вдвое увеличить усиление и ток выходного каскада до 6 мА, если добавить четыре транзистора, как это сделано в схеме Рис3-ИНВ2.

Скорость нарастания выходного напряжения вырастает до 75 В/мкС. Прекрасные характеристики и простоту схемы, в которой все транзисторы типа 2N5551/2N5401, можно получить, применив токовые зеркала Вилсона, как показано на Рис3-Вилсон-транз2N.

Второй способ — добавление ещё одного дифкаскада — Рис5 и Рис6.

Третий способ — добавление каскадов с общей базой (ОБ) — Рис7.

В результате получаем прекрасные характеристики THD,IMD (смотрим соответствующие картинки Рис1-19) и устойчивость (большой запас по амплитуде и фазе — смотрим Боде1-Боде12-для Рис5,6 и 7).

Четвертый способ — использование идей российских патентов № 2368065, № 2370879, № 2615070, № 2621289 и № 2640744, (Рис15-19). (Интересно, что сейчас уже поиск патента заключается в наборе семи цифр в строке поиска Яндекса !). Схемы, основанные на этих идеях, представлены на Рис8-14

.

Здесь тоже искажения экстремально низкие. Прекрасные запасы по фазе и амплитуде. Развязка по питанию более 100 дБ

Все схемы на рис.3-14 благодаря высокому коэффициенту усиления сохраняют свои характеристики при нестабилизированных напряжениях питания +/- (10-50) В и не нуждаются в настройке нуля. По данным МС11 видно, что большинство усилителей имеют смещение нуля на выходе — десятки и даже единицы микровольт. Такого же порядка температурный сдвиг нуля при изменении температуры (всех транзисторов) на 30 градусов (27-57 градусов Цельсия). Реальная картина конечно не такая хорошая, но автором на большом количестве реально работающих усилителей наблюдалось смещение нуля не более +/- 10 мВ при любых температурах и напряжениях питания. Важно только, чтобы транзисторы, используемые в дифкаскадах и токовых зеркалах, были из одной партии с разницей h21 не более 15 %. Перспективные схемы Рис13 и Рис14 пока не отмакетированы и желающие могут сами «поколдовать» над ними.

Читайте также:  Бесконтактный двигатель постоянного тока схема

К высококачественным УНам теперь нужно добавить достойный выходной каскад. Рассмотрим схему стандартного ВК Рис20.

Вход ВК «повесим в воздухе» с помощью двух генераторов тока на Q1/Q2, имитирующих выходной каскад УНа. Ноль на выходе будем поддерживать с помощью интегратора на виртуальном усилителе Х1. Такая схема позволяет с помощью резисторов R5/ R6 (Рис20) задавать ток покоя выходных транзисторов и менять эквивалент выходного сопротивления УНа -R1 при стабильном нуле на выходе. Конденсаторы C2 и C5 устраняют возможные подвозбуждения составного эмиттерного повторителя при изменении R1-R5-R6.

Задаём частоту и амплитуду входного сигнала V1 = 20 кГц и 30 В. С помощью схемы компенсации на виртуальных усилителях Х2/Х3/Х4 методом подстройки амплитуды и фазы слайдерами C10 и R23 на правой стороне окна — (в режиме Probe Transient) на выходе Х4 можно получить сигнал искажений, в котором видны и нелинейные искажения (в основном 2-ая гармоника размахом 109 мВ) и коммутационные искажения (размахом 30-33 мВ) Рис20-1.

Ток покоя при нагревании выходных транзисторов с точностью не хуже 20 % должна поддерживать система термостабилизации и это проблема. Для этой системы нужно выбрать термоэлементы, которые устанавливаются вместо резисторов R5-R6, найти «правильные» места их теплового контакта с выходными транзисторами, проделать несколько экспериментов по нагреванию и определению эффективности и точности работы системы термокомпенсации и её времени запаздывания (обычно не более 20-30 экспериментов). Однако от этой головной боли можно избавится, если применить схемы выходных каскадов с глубокой ООС по току выходных транзисторов !

Несколько вариантов таких схем применяются автором в реальных УМЗЧ и показали высокое качество и надежность. Кажущаяся сложность схем компенсируется невысокой стоимостью комплектующих и отсутствием элементов настройки. Очень достойные параметры подтверждает и программа МС11.

Рассмотрим варианты таких схем. Схема Рис21-SA1 основана на идее американского патента Накаяма 1986г. (Рис21-1-Пат-Накаяма).

Исследования патента провёл в 2012 году Кендалл (смотрим Рис21-2 и статью на английском). Искажения такой схемы довольно сильно зависят от сопротивления источника сигнала (Рис21-3/4).МС11 показывает уровень искажений 0,04-0,6 % (похожий на стандартный составной эмиттерный повторитель). (Помним, что частота испытательного сигнала V1 — 20 кГц , а его амплитуда на выходе УМЗЧ =30 В ) На фоне общих искажений размахом 42-50 мВ видно отсутствие переключательных искажений ( Рис21-5) и наличие их (с размахом 17-37 мВ) для варианта без смещения (рис21-6).Услышать столь малые и высокочастотные переключательные искажения человек не может, уровень интермодуляционных искажений тоже не превышает минус 100 дБ, поэтому нет смысла устанавливать цепи смещения (R5(R6) =R13(R14)=0 и R12-R15- отсутствуют). Однако эти резисторы надо поставить, если транзисторы Q6,Q7. Q18 не из одной партии или с разбросом по усилению. Для проверки «правильной» работы такого каскада нужно при среднем выходном сигнале рассматривать форму полуволны на базе Q20 относительно выхода out (Рис21 -SA1). Острым жалом паяльника нагреваем (в течении 2-3-х секунд) корпус транзистора Q16 и наблюдаем уход полки полуволны на базе Q20 с уровня примерно 1,3 В к нулю и «уверенное» возвращение на место (в течении 5-10 секунд) после снятия нагрева. Затем такое же нагревание делаем транзистору Q11. Эффект должен быть одинаковым. Переводим осциллограф на базу Q19 и , нагревая Q17 и Q13, наблюдаем тоже самое. Если картина отличается от описанной, нужно вернуть цепи смещения R5,R6, R12-R15 или найти «нестандартный» транзистор, виновный в неправильной работе, и заменить его. Удобно наблюдать за появлением и исчезновением коммутационных искажений во время проведения «термоудара» на векторном индикаторе искажений, который применяется автором . Его схема аналогична схеме на Рис21-SA1 (Х2,Х3 Х4), но построена на ОУ типа LM4562.

Резистор R3 имитирует выходное сопротивление УНа (оно может быть небольшим при применении местной ООС или при использовании эмиттерного повторителя). Изменяем R3 с 10-ти на 1кОм и наблюдаем изменения картины искажений : общие искажения уменьшаются и переключательные искажения выходят на первый план (Рис21-7). Токи выходных транзисторов, снятые как напряжения на эмиттерных резисторах 0,33 Ома (токи суперА) , для вариантов со смещением и без, показаны на Рис21-8/9. Видно, что это так называемый режим суперА с невыключаемыми (во время действия противоположной полуволны сигнала) транзисторами. Схема Рис21-SA1 обеспечивает высокую стабильность тока покоя при любой температуре и даже при любых типах выходных транзисторов ( даже германиевых и полевых). Интересно заметить, что в полном УМЗЧ на частотах 5 кГц и ниже все искажения теряются на фоне шумовой дорожки с размахом 2-3 мВ. Это подтверждает и МС11. Однако загадкой для меня остается факт вычисления программой МС11 «ограничения амплитуды» выходного сигнала на уровне +/- 35 В для реальных схем Рис21-SA1-реал и «народной» схемы с вольтдобавкой — Рис21-SA1-ВД-реал — смотрим — Рис21-SA1-реал-огр-син и Рис21-SA1-ВД-реал-огр-син, хотя проверено неоднократно на практике отсутствие такого ограничения.

Другая схема из того же патента ( Рис22-Пат-Накаяма-SA4 и Рис22-SA4) обеспечивает на вид более плавное закрывание мощных транзисторов (Рис.22-SA4-токи-суперА) без смещения на базах транзисторов Q3-Q4-Q8-Q10 , (а значит минимальные коммутационные искажения), но Микрокап говорит, что искажения примерно такие же, как и в других схемах — смотри Рис22-КИ-1кОм/5кОм.

Эта схема может быть полезна при работе с ВК на полевых транзисторах, где нужно «работать» с большими емкостями их затворов.

Схема Рис23-SA3-ВД — это развитие схемы рис21.

Правая ветвь дифкаскада дополнена еще одним транзистором Q9(Q10), что дает симметрию двойному дифкаскаду, состоящему уже из 4-х транзисторов, в момент перехода входного сигнала через ноль. Возможно из-за этого схема сильнее других реагирует на нагрев отдельных транзисторов паяльником — что мне показалось недостатком. С этой схемой, наверное, ещё нужно поработать.

Схема Рис24- SA2-ВД устроена по-другому.

Здесь с помощью транзисторов Q3-Q6 сигнал разделяется на две полуволны и каждая усиливается своим усилителем тока (с глубокой ООС). Зависимость THDN от сопротивления источника сигнала и форма сигнала ошибки показаны на Рис24-3,4, форма токов режима суперА немного другая — Рис23-2. Наименьшие искажения получаются при токах покоя на 20 мА больше предыдущих схем, но такие «мелочи» незаметны на фоне достойных характеристик, которые показывает этот ВК в составе полного УМЗЧ.

В схеме Рис 25-SA5-ВД вместо составного эмиттерного повторителя на выходе использована схема Шиклаи.

С помощью дополнительной коррекции на С5- R10-С7 и (C6-R11-С8) добиваемся устойчивости схемы при любой амплитуде и форме входного сигнала. Прекрасные характеристики также позволяют использовать эту схему в высококачественном усилителе.

Рассмотренные ВК термостабильны, не требуют настроек тока покоя, не боятся емкостной и нулевой нагрузки, не склонны к возбуждению и появлению сквозных токов в выходных транзисторах.

Далее на Рис 26-30 представлено несколько схем полных УМЗЧ, которые можно назвать «народным Хай-Эндом». Их главные свойства — высокие характеристики при малой стоимости комплектующих, простоте и надежности, питании от простых выпрямителей и отсутствии настроек. Полные схемы усилителей с характеристиками представлены — Рис31-SA1, Рис41-SA1- ИНВ, Рис81-SA2 ,Рис111-SA4 ,Рис111-SA5. Схемы в стандарте ВМР и JPEG представлены в папке Рис1-30.

asgladd Опубликована: 18.06.2019 0 1
Вознаградить Я собрал 0 1

Источник