Как известно, симметричные широкополосные оконечные усилители НЧ вносят минимальные искажения при всех уровнях выходной мощности. Один из наиболее совершенных вариантов высококачественного усилителя, обладающего указанными свойствами, был опубликован в [1]. Подробное описание этого усилителя можно найти также в [2]. Усилитель спроектирован на транзисторах дополнительной структуры и является симметричным и двухтактным от входа до выхода. На входе включен двойной дифференциальный каскад, а каждое из плеч выходной ступени представляет собой усилитель, охваченный отрицательной обратной связью (ООС) с коэффициентом передачи по напряжению больше единицы. Преимущества этих схемных решений подробно описаны как в указанных работах, так и на страницах журнала «Радио» [3, 4].
Рис.1 Зависимость максимальной выходной мощности, соответствующей коэффициенту гармоник 0,2 %, от сопротивления нагрузки (кривая 1) и от напряжения питания при сопротивлении нагрузки 7,7 Ом (кривая 2)
При испытаниях нескольких экземпляров усилителя, собранных по аналогичной схеме на отечественной элементной базе, выявился один недостаток — существенное уменьшение коэффициента использования напряжения питания (КИНП) при работе на низкоомную нагрузку *. А это влечет за собой необходимость увеличивать напряжение питания для получения заданной мощности, что приводит к снижению экономичности, ухудшению теплового режима выходных транзисторов и увеличению габаритов усилителя.За счет видоизменения выходного каскада и включения мощных транзисторов по схеме с общим коллектором авторам удалось увеличить КИНП примерно на 50 % и, попутно, на 35 % снизить выходное сопротивление усилителя при сохранении остальных характеристик.
Описываемый ниже усилитель пригоден для усиления мощных звуковых сигналов в составе звуковоспроизводящих установок высокого класса, а также для использования в качестве мощного широкополосного , операционного усилителя.
Основные технические характеристики усилителя
Номинальная (синусоидальная) выходная мощность, Вт, при сопротивлении нагрузки, Ом:
8 ........................... 48
4 ............................60
Диапазон воспроизводимых частот при неравномерности АЧХ
не более 0,5 дБ и выходной мощности 2 Вт, Гц . . . . 10...200000
Уровень нелинейных искажений при номинальной выходной мощности в диапазоне 20...20000 Гц, % ........ 0,05
Номинальное входное напряжение (действующее значение), В 0,8 Входное сопротивление, кОм . . . . . . . . . . . . . 47
Выходное сопротивление, Ом........................ 0,02
Параметры измерены при питании усилителя от стабилизированного источника ±31,5 В. При использовании нестабилизированного источника для сохранения характеристик напряжение питания следует увеличить на 1...3 В в зависимости от емкости конденсаторов фильтра. Необходимо отметить, что для уровня нелинейных искажений указано верхнее граничное значение, обусловленное возможностями имевшейся у авторов измерительной аппаратуры.
Измерялось также время установления переходной характеристики при подаче на вход перепада напряжения с длительностью фронта 0,1 мкс. Для выходной амплитуды 10 В оно оказалось равным примерно 1 мкс, причем выбросы на плоской части составляли не более 15'%. На рис. 1 представлены зависимости максимальной выходной мощности, соответствующей коэффициенту гармоник 0,2 %, от сопротивления нагрузки RH при стабилизированном питании ±31,5 В (кривая L), а также от напряжения питания при RH 7,7 Ом (кривая 2).
Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 2. Входной каскад представляет собой два дифференциальных усилителя (включенных параллельно), выполненных на транзисторах VT1, VT3 и VT2, VT4 дополнительной структуры. Генераторы тока на транзисторах VT5, VT6 обеспечивают стабильность значений (около I мА) суммарных эмиттерных токов дифференциальных пар, а также развязку по цепям питания. Сигнал на выходной усилитель подается с управляемых генераторов тока (VT7, VT8), которые работают противофазно. Такое включение увеличило ток «раскачки» в два раза, снизило нелинейные искажения и улучшило частотные свойства; усилителя в целом.
Каждое из плеч симметричного выходного усилителя выполнено по схеме Дарлингтона. Оно представляет собой трехкаскадный уси-литель (в двух каскадах транзисторы включены по схеме с общим эмиттером ив одном — с общим коллектором). Усилитель охвачен частотно-зависимой ООС, Определяющей его коэффициент передачи по напряжению, который в звуковом диапазоне близок к трем. Так как сигнал обратной связи, снимаемый с резистора R39 (R40), пропорционален изменениям тока выходного транзистора, то дополнительно осуществляется довольно жесткая стабилизация рабочей точки этого транзистора; Напряжение смещения выходной ступени определяется сопротивлением перехода коллектор — эмиттер транзистора VT9 и регулируется резистором R24. Напряжение смещения термостабилизировано диодом VD4, который закреплен на теплоотводе одного из мощных транзисторов.Общая ООС по постоянному току через резистор R33 стабилизирует режим всех каскадов и приближает выходной потенциал к входному, который равен нулю. Цепочка R17C5 уменьшает глубину ООС по переменному току, преобразуя усилитель в активный фильтр с коэффициентом передачи около 27 дБ.
Элементы коррекции R16, С4, С6 —С11 обеспечивают устойчивость усилителя и выравнивают его АЧХ. Пассивный фильтр низких частот R2C1 предотвращает попадание на вход радиочастотных сигналов. Цепочка C12R45L1R47 компенсирует реактивную составляющую сопротивления нагрузки. На транзисторах VT12 и VT13 собран узел защиты выходных транзисторов от перегрузок по току и напряжению. Резистор R1 позволяет при необходимости ограничить выходную мощность в соответствии с уровнем сигнала от предварительного усилителя и возможностями применяемого громкоговорителя.
Усилитель смонтирован на печатной плате (рис. 3) размерами 142X72 мм, изготовленной из двухсторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Со стороны деталей (рис. 4) фольга оставлена в виде сплошного «земляного» поля. Вокруг отверстий для выводов деталей в радиусе 1,5...2,5 мм фольга удалена.
Вне платы размещены предохранители FU1—FU3, транзисторы VT16, VT17, которые закреплены на тепло-отводах площадью не менее 1000 см2, и диод VD4. Кроме того, резистор R1 можно ащрепить на передней панели, с тем чтобы была возможность оперативной регулировки максимальной выходной мощности.
Помимо указанных на схеме в усилителе можно использовать и другие маломощные высокочастотные кремниевые транзисторы, например КТ342А, КТ342Б и КТ313Б, КТ315 и КТ361 (с индексами от В до Е). Транзисторы VT14 и VT15 (возможная замена —КТ816В, КТ816Г и КТ817В, КТ817Г или КТ626В и КТ904А) снабжены ребристыми теплоотводами размерами 23Х Х25Х12 мм. В качестве выходных можно применить транзисторы КТ818ГМ и КТ819ГМ, которые позволяют при повышении напряжения питания (см. рис. 1) получать мощности свыше 70 Вт.
Стабилитрон VD1 может быть также Д816Г или 2С536А, VD2, VD3 —КС147А (при соответствующей коррекции сопротивлений резисторов R11 и R14).
В качестве подстроечных использованы резисторы типа СП5-3. Резисторы R39, R40, R46, R47 изготовлены из высокоомного провода диаметром 0,8 мм, резисторы R35, R38, R45, R47 — МОИ, остальные — МЛТ. Дроссель L1 намотан на резисторе R47 проводом ПЭВ-2 0,8 в один ряд до заполнения корпуса резистора. Конденсатор С2 —ЭТО или К50-6, С5 —К50-6, остальные — КМ.
Налаживание усилителя сводится к следующему. Сначала, не подключая мощных транзисторов, к выходу усилителя подсоединяют эквивалент нагрузки и, плавно увеличивая напряжение питания, по отсутствию бросков потребляемого тока или значительному падению напряжения на нагрузке убеждаются в правильности монтажа. После этого подключают выходные транзисторы и резистором R18 устанавливают на выходе напряжение, близкое к нулю (не более 10 мВ), а резистором R24 — ток покоя на уровне 15...25 мА.
В заключение отметим, что применение в данном усилителе сравнительно большого числа транзисторов компенсируется его технологичностью. Использованные схемные решения, наличие местных ООС обеспечивают получение высоких характеристик и их хорошую воспроизводимость без тщательной наладки. При этом практически не требуется предварительного отбора транзисторов. Благодаря оптимальному использованию напряжения питания и малому току покоя усилитель экономичен. А возможность получения широкого диапазона максимальных выходных мощностей на нагрузках от 4 до 15 Ом за счет изменения напряжения питания (при этом дополнительно может понадобиться подбор резисторов R21 и R25 с тем, чтобы токи через них были в пределах 10...20 мА) обеспечивает универсальность применения данного усилителя.
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
---|---|---|---|---|---|---|
VT1, VT3, VT5, VT7, VT11, VT12 | Биполярный транзистор | КТ3107Б | 6 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT2, VT4, VT6, VT8-VT10, VT13 | Биполярный транзистор | КТ3102А | 7 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT14 | Биполярный транзистор | КТ814Г | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT15 | Биполярный транзистор | КТ815Г | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT16 | Биполярный транзистор | КТ819Г | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT17 | Биполярный транзистор | КТ818Г | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VD1 | Стабилитрон | КС539Г | 1 | Д816Г или 2С536А | Поиск в магазине Отрон | |
VD2, VD3 | Стабилитрон | КС156А | 2 | КС147А (с заменой R11 и R14) | Поиск в магазине Отрон | |
VD4 | Диод | КД513А | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C1 | Конденсатор | 120 пФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C2 | Электролитический конденсатор | 200 мкФ 50 В | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C3, C6, C10-C12 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 5 | Поиск в магазине Отрон | ||
C4 | Конденсатор | 220 пФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C5 | Электролитический конденсатор | 200 мкФ 6 В | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C7, C9 | Конденсатор | 1000 пФ | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
C8 | Конденсатор | 62 пФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R1 | Переменный резистор | 10 кОм | 1 | СП5-3 | Поиск в магазине Отрон | |
R2, R4, R12, R13, R16, R22 | Резистор | 1 кОм | 6 | 0.25 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R3 | Резистор | 47 кОм | 1 | 0.25 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R5, R6, R9, R10 | Резистор | 100 Ом | 4 | Поиск в магазине Отрон | ||
R7, R8 | Резистор | 10 кОм | 2 | 0.25 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R11, R14 | Резистор | 4.7 кОм | 2 | 0.25 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R15 | Резистор | 4.7 кОм | 1 | 0.5 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R17 | Резистор | 100 Ом | 1 | 0.25 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R18 | Переменный резистор | 680 Ом | 1 | СП5-3 | Поиск в магазине Отрон | |
R20 | Резистор | 1.5 кОм | 1 | 0.25 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R21, R25 | Резистор | 820 Ом | 2 | 1 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R23 | Резистор | 330 Ом | 1 | 0.25 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R24 | Переменный резистор | 330 Ом | 1 | СП5-3 | Поиск в магазине Отрон | |
R26, R28, R29, R31 | Резистор | 1 кОм | 4 | 0.5 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R27, R30 | Резистор | 220 Ом | 2 | 0.5 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R32-R34 | Резистор | 2.2 кОм | 3 | 0.5 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R35, R38 | Резистор | 5.1 Ом | 2 | МОИ, 0.5 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R36, R37 | Резистор | 100 Ом | 2 | 0.5 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R39, R40 | Резистор | 0.4 Ом | 2 | Из высокоомного провода 0.8 мм | Поиск в магазине Отрон | |
R41, R42 | Резистор | 12 кОм | 2 | 0.25 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R43, R44 | Резистор | 150 Ом | 2 | 0.25 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R45, R47 | Резистор | 10 Ом | 2 | МОИ, 1 Вт | Поиск в магазине Отрон | |
R46, R48 | Резистор | 0.1 Ом | 2 | Из высокоомного провода 0.8 мм | Поиск в магазине Отрон | |
L1 | Катушка индуктивности | 1 | ПЭВ-2 0.8 мм на весь корпус резистора R47 | Поиск в магазине Отрон | ||
FU1, FU3 | Плавкий предохранитель | 3 А | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
FU2 | Плавкий предохранитель | 2 А | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Радиатор | 1 | Для VT16, VT17 | Поиск в магазине Отрон | |||
Скачать список элементов (PDF)
Комментарии (45) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
1) При питании В±42В какую мощность будет развивать данный усилитель на 4 Ома и на 8 Ом?
2) Какие модификации нужно произвести для того, чтобы питать его от В±42В?
Схема не может хорошо насытить выходной блок или блок «VAS (усилитель напряжения)», и это связано с тем, что блок VAS питается от стабилитрона при напряжении около 39 В (напряжение намного ниже, чем напряжение питания усилителя). Таким образом, получается низкая выходная мощность с высокими гармоническими искажениями, что косвенно снижает КПД этого усилителя. По этой причине я начал исправлять электронную схему усилителя.
Когда я закончу это, я вернусь с дополнительной информацией.
На данный момент, как видно из электронной схемы и полученного результата, я не рекомендую строить этот усилитель.
В случае вашей схемы нет смысла использовать стабилитроны 1N4751, потому что так же, как вы использовали их, чтобы дать им полезность, вам придется изменить значения резисторов R22 / R23 в вашей схеме.
(R32+R28)/R28 - примерно 3. У него ест другие проблемы. А именно - высокое сопротивление резисторов обратной связи выходного каскада - R28, R32, R29, R34. В результате того , что R26=R28, R31=R29 рабочий ток транзисторов VT10, VT11, образуя падение напряжения на резисторах R28, R29 влияет на обратную связь в выходном каскаде. Для такого рода схем сопротивления этих резисторов должны быть небольшими. Оптимально - R28=R29=51 Ом(0,5 Вт), R32=R34=100 Ом(1 Вт). Может мощность резисторов надо еще больше - надо рассчитать.
Но это еще не решает проблемы термостабильности выходного каскада. Правильно этот вопрос для такого каскада решен у усилителя Натали. Идеально - термостабилизирующая цепочка должна стоять между базами транзисторов VT16, VT17. Но там большие токи. Значит, вместо VT16, VT17 должны стоять дарлингтоны или тройки. А правые выводы резисторов R32, R34 при таком решении должны быть соединены со средней точкой резисторов R39, R40. Это надо, чтобы падение напряжения на этих резисторах не оказывал влияния на режим работы предыдущих каскадов. Если только ограничиться уменьшением сопротивления резисторов R28, R29, R32, R34, то соединения R32, R34 надо оставить как ест, поскольку в такой схеме падение напряжение на резисторах R39, R40 способствует термостабилизации. Но ток покоя у такой схемы будет плавать. Но это терпимо - ест много конструкций усилителей с таким выходным каскадом.
Вполне возможно, со значениями сопротивлений
R28, R32, R29, R34, указанными на схеме, темостабилизация лучше. Но линейность выходного каскада - хуже.
Заметил еще одну особенность данной схемы - из за того, что R26=R28, R29=R31 наличие резисторов R35, R38 на эмиттерах предвыходных транзисторов(а не на базах выходных, как делается обычно) при повышении выходной мощности приводит к уменьшению тока покоя и переходу выходного каскада в режим В. (Падение напряжения на резисторах R26, R31 вызывает примерно такое же падение напряжения на эмиттерных резисторах R28, R29, что приводит к закрытию транзисторов VT10, VT11.)