А.ПЕТРОВ,
г.Могилев.
ЭКОНОМИЧНЫЙ УМЗЧ С "ПЕНТОДНЫМ" ЗВУКОМ
Подавляющее большинство транзисторных бестрансформаторных УМЗЧ выполнено по полумостовой схеме. При этом нагрузка включается в диагональ моста, образованного двумя источниками питания и двумя выходными транзисторами усилителя (рис.1). На первых порах, когда комплементарных транзисторов не было, выходной каскад УМЗЧ строился преимущественно на транзисторах одной проводимости с заземленной нагрузкой м заземленными источниками питания (рис.1 а). Варианты управления выходными транзисторами представлены на рис.2.
В первом случае (рис.2а) схема управления нижним плечом выходного каскада оказывается в более выгодных условиях. Так как изменение напряжения питания мало, эффект Миллера (входная динамическая емкость) и эффект Эрли (зависимость тока коллектора от напряжения эмиттер-коллектор) практически не проявляются. Схема же управления верхним плечом питается последовательно с самой нагрузкой, поэтому в ней указанные эффекты без принятия дополнительных мер (например, использования каскодной схемы) проявляются в значительной степени. Тем не менее,на основе этого принципа был разработан ряд удачных с точки зрения схе-мотехники УМЗЧ [1-3].
По второму принципу (с несколько отличающимся включением выходных транзисторов — рис.26) также были разработаны неплохие УМЗЧ [4 и 5]. Однако и по второму принципу, даже с применением генераторов тока [5], трудно обеспечить полную симметрию управления выходными транзисторами.
Другая мера симметрирования выходных каскадов — выполнение плеч усилителя по квазикомлементарной схеме или применение полностью комплементарных транзисторов (рис.16 и в) [6]. Стремление к дальнейшему симметрированию плеч выходного каскада усилителя, выполненных на транзисторах одной проводимости, привело к разработке усилителей по схеме с незаземленной нагрузкой (рис.1г) [7-9]. Однако и здесь не удалось полностью симметрировать схемы управления.
Цепи отрицательной обратной связи (ООС) с каждого плеча выходного каскада не равнозначны [6]. ООС схем управления [7 и 8] контролирует напряжение на нагрузке по отношению к выходному напряжению противоположного плеча. Кроме того, такое схемотехническое решение требовало изолированных источников питания. Из-за перечисленных недостатков оно не нашло широкого применения.
С появлением комплементарных биполярных и полевых транзисторов выходные каскады УМЗЧ преимущественно строятся по полностью симметричным схемам (рис. 1 б и г). В этих схемах, к сожалению, необходимо использовать высоковольтные транзисторы для раскачки выходного каскада. Транзисторы предвыходного каскада здесь работают с большим коэффициентом усиления по напряжению, а поэтому без общей ООС. Они вносят значительные искажения I подвержены эффектам Миллера и Эрли, что требует от них высоких динамических характеристик. Питание предварительных каскадов повышенным напряжением снижает и КПД усилителя.
Если заземлить точку соединения эмиттеров (истоков) выходных транзисторов с нагрузкой (рис.1д), получим усилитель, свободный от перечисленных недостатков. Его практическая схема приведена на рис.3.
В целом, этот усилитель инвертирующий, и состоит из двух последовательно включенных усилителей, охваченных общей ООС по постоянному току с помощью интегратора на ОА2. Первый усилитель — неинвертирующий, и выполнен на быстродействующем ОУ типа КР140УД11. Коэффициент усиления по напряжению В отличие от большинства усилителей, в которых выходные транзисторы включены по схеме двухтактного повторителя напряжения, транзисторы УТ7 и \/Т8 включены по схеме с общим истоком, т.е. работают в режиме генераторов тока. Они вносят вклад в общий коэффициент усиления по напряжению уже при работе на нагрузку сопротивлением 4 Ом. Режим с общим истоком, с точки зрения вносимых транзисторами нелинейных искажений, выгодно отличается от режима с общим стоком. В целом выходной каскад — инвертирующий и состоит из последовательно включенных двухтактных каскадов по схеме ОК-ОИ. Транзисторы УТ2, УТЗ двухтактного эмиттерного повторителя одновременно являются и частью схемы термостабилизации выходного каскада.
На транзисторах УТ1, УТ4 и генераторах тока на УТ5, УТ6 выполнена схема сдвига уровня для создания смещения выходных транзисторов. Поскольку порог открывания полевых транзисторов почти на порядок выше (2...4 В по сравнению с 0,6 В для биполярных), переключение выходных транзисторов происходит более плавно, что способствует уменьшению коммутационных искажений. Выходной каскад охвачен параллельной ООС по напряжению (с помощью резисторов Р?15, К4), которая уменьшает выходное сопротивление усилителя и его искажения. Так как глубина этой ОС невелика (зависит от крутизны примененных транзисторов), то каскад не вносит динамических искажений и не подвержен влиянию реактивности нагрузки. Подбором резистора Р15 устанавливают коэффициент усиления выходного усилителя по напряжению в пределах Ку-3,5,. .4. Выходное сопротивление усилителя на инфранизких частотах и на постоянном токе практически равно нулю благодаря ООС на интеграторе.
Поскольку питание предварительного каскада ±15 В, отпадает необходимость в защите переходов затвор-исток полевых транзисторов (их предельно допустимое напряжение ±20 В). Основная особенность усилителя заключается в том, что в нем максимально используются изолированные источники напряжения питания выходного каскада, что повышает его КПД почти до теоретически возможного.
Детали и конструкция. Усилитель собран на печатной плате из одностороннего фольги рованного стеклотек-столита размерами 82,5x96,5 мм. Чертеж платы приведен на рис.4, а расположение деталей — на рис.5. На плате предусмотрена установка дополнительных проволочных резисторов в цепях истоков выходных транзисторов. С помощью этих резисторов (0,05...0,2 Ома) можно минимизировать квадратичные искажения. На плате также предусмотрена установка конденсаторов емкостью 470 или 1000 мкФ (63 В) параллельно изолированным источникам питания.
В качестве выходных транзисторов можно использовать полевые транзисторы минского производственного объединения "Интеграл", а также комплементарные зарубежные, представленные в таблице.
Эти транзисторы желательно подобрать с максимально возможной крутизной и разбросом по крутизне не более 5% (от этого зависит коэффициент гармоник). Можно также применить комплементарные зарубежные МОЗРЕТ-транзисторы с допустимым напряжением не менее 100 В и мощностью не менее 100 Вт. например. ЕС10И20, ЕС10Р20 фирмы Ех!соп. Данные транзисторы ориентированы на звукоусилитепьные схемы и имеют спабую зависимость крутизны от тока стока и сглаженные выходные вольт-амперные характеристики (ВАХ). В качестве УТ5 (рис 3) можно установить КТ814Б, в качестве УТ6 — КТ815Б. Остальные транзисторы можно использовать любые средней мощности, например, КТ502, КТ503. В качестве УН1, УН2 подойдут любые светодиоды красного свечения, например, АЛ307Б.
Катушка индуктивности 1_1 намотана проводом 00,69 мм, виток к витку, по всей длине резистора Р19 (МЛТ-2, С2-23-2). Для минимизации амплитудной модуляции звукового сигнала пульсациями источника питания, желательно выполнить его с Г-образным !_С-фильтром. Индуктивность дросселя должна быть не менее 400 мГн. Поскольку дроссель работает с подмаг-ничиванием постоянным током, в его сердечник необходимо ввести воздушный зазор.
Наладка. Сначала выставляют ток покоя и симметрируют плечи выходного каскада по постоянному току следующим образом. Поднимают (выпаивают) левый по схеме вывод резистора Р4 и временно подключают его к цепи "общий". Выводят движки резисторов К5, Р6 в положение максимального сопротивления. Подключают в качестве нагрузки проволочный резистор типа С5-35В (ПЭВ, ПЭВР) сопротивлением 4. ..10 Ом и мощностью 10. ..20 Вт.
Включают питание. С помощью под-строечных резисторов поочередно выставляют ток покоя выходных транзисторов около 120 мА. "Симметрируют" токи покоя по минимальному напряжению на нагрузке. Восстанавливают схему. Проверяют ее работоспособность. Подбором резистора Р15 устанавливают коэффициент усиления выходного каскада по напряжению около 3,7. Снимают технические характеристики, при необходимости минимизируют искажения подбором истоковых резисторов (на схеме не показаны).
Литература
1. А.Хпупнов. Любительские усилители низкой частоты.— М: Энергия, 1976, С.22.
2. И.Акулиничев. УНЧ с синфазным стабилизатором режима. — Радио, 1980, МЗ.С.47.
3. И.Гаревских. Широкополосный уси-питель мощности. — Радио, 1979, N6, С.43.
4. В.Кслссов. Современный любительский магнитофон. — М.:Энергия, 1974.
5. МДП-транзисторы в усилителях НЧ.
— Радио. 1983, N11. С.37.
6. М.Дорофеев. Режим В вусилителях мощности 34. — Радио, 1991. N3, С.53.
7. А.Сырицо. Мощный усилитель НЧ.
— Радио, 1978, N8, С.45.
8. А.Сырицо. Усилитель мощности на интегральных ОУ. — Радио, 1984, N8, С.35.
9. КЯкименко. Полевые транзисторы в мостовом УМЗЧ. —Радио, 1986, N9, С.ЗВ. I
