Высококачественный экономичный усилитель мощности

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)

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].
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 диффе-
ренциальных 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