Широкополосный УМЗЧ с малыми искажениями

Длительная эксплуатация описанного ниже усилителя мощности в составе радиокомплекса для воспроизведения программ с компакт-дисков и высококачественных магнитофонных записей показала, что, несмотря на больший коэффициент гармоник, субъективное качество выходного сигнала удовлетворяет самым высоким требованиям. Многочисленные прослушивания различных музыкальных программ при разных уровнях выходной мощности самыми взыскательными слушателями не выявили каких-либо заметных на слух погрешностей воспроизведения.
К достоинствам усилителя можно отнести его способность работать на ультразвуковых частотах порядка 100 кГц при полной выходной мощности с достаточно малыми искажениями сигнала, исключительно малые искажения на низких и средних частотах, а также относительную простоту.

Основные технические характеристики:

Номинальная (максимальная) мощность, Вт,
при сопротивлении нагрузки, Ом:
4............................................. 35(50)
8 ............................................ 20(25)
Номинальное входное напряжение, В ..... 1
Диапазон воспроизводимых частот
при выходной мощности
-ЗдБ от номинальной, Гц,
не уже............................... 2.5...160 000
Коэффициент гармоник при сопротивлении
нагрузки 4 Ом, %, не более, на частоте, Гц:
20...1 000 .................................... 0,002
6300. ............................................ 0,01
20 000.......................................... 0,025
100000. ........................................ 0,13

Принципиальная схема усилителя мощности показана на рис.1. Входной каскад выполнен на ОУ DA1. Здесь, также как рекомендовалось в [Дмитриев Н., Феофилактов Н. ОУ в усилителях мощности. - Радио, 1986, №9, с.42-46], в качестве выходного сигнала ОУ используется его ток питания, с той лишь разницей, что из двух транзисторов выходного каскада ОУ работает только один, а второй всегда выключен. Выходной сигнал снимается с отрицательного вывода питания ОУ DA1 и через включенный по схеме с ОБ транзистор VT2 подается на усилитель напряжения, выполненный по обычной схеме на транзисторе VT8 со стабилизатором тока на транзисторах VT3 и VT6. Особенность усилителя напряжения - довольно большой коллекторный ток покоя транзисторов VT6 и VT8 - 40 мА. Исследования показали, что при уменьшении этого тока искажения выходного сигнала начинают расти. Мощность, рассеиваемая каждым из транзисторов VT6 и VT8, - 1 Вт, поэтому необходимо принять меры для их охлаждения. Тепловой контакт между транзисторами VT3 и VT6 предотвращает увеличение тока покоя транзисторов усилителя напряжения при их нагреве. Для линеаризации этого каскада использована местная ООС. Напряжение ООС снимается с коллектора транзистора VT8 и через делитель R10 R12 подается в цепь эмиттера выходного транзистора ОУ DA1 (вывод 6).


Рис.1. Схема усилителя

С выхода усилителя напряжения через резисторы R16 и R17 сигнал поступает на выходной двухкаскадный комплементарный повторитель на транзисторах VT9 - VT15. С целью уменьшения коммутационных искажений на высоких частотах выходной повторитель выполнен на ВЧ и СВЧ транзисторах. Так как отечественная промышленность высокочастотных транзисторов с p-n-р структурой, подходящих для выходного каскада, в достаточном количестве не выпускает, в качестве такового используются четыре параллельно соединенных транзистора КТ932Б с выравнивающими резисторами в эмиттерных цепях. Характеристики такого комплекта хорошо совпадают с характеристиками n-p-n транзистора 2Т908А, используемого в другом плече выходного каскада. С целью уменьшения коммутационных искажений сопротивления резисторов в эмиттерных цепях выходных транзисторов выбраны достаточно малыми.
Усилитель охвачен цепью общей ООС (R2, R11), глубина которой на частоте 20 кГц составляет 40 дБ, а на низших частотах превышает 73 дБ. Частотная коррекция по цепи общей ООС обеспечивается ОУ при замкнутых выводах 1 и 8.
Устройство защиты усилителя от коротких замыканий в нагрузке выполнено на транзисторах VT4, VT5 и резисторах R19, R22 - R24, R29, R30.
Термостабилизация тока покоя выходных транзисторов обеспечивается размещением на их теплоотводах транзисторов VT7, VT9 и VT10.
В усилителе допускается использовать следующие транзисторы: VT1 - КТ315 с индексами В, Г, Д и Е, VT2 - КТ361 с индексами Г и Е, VT3, VT5 - КТ315 с индексами Б, Г, Е, VT4 -КТ361 с такими же индексами, VT6 - КТ914 с индексами А и Б и КТ932А; VT7 - любой p-n-р или n-p-n структуры (в соответствующем включении) - транзистор, конструкция корпуса которого обеспечивает хороший тепловой контакт кристалла с теплоотводом; VT8, VT9 - КТ904 с индексами А и Б. VT10- КТ914 с такими же индексами, VT11 - КТ908А; VT12 - VT15 - КТ932 с индексами А и Б.
В качестве ОУ DA1 можно применять только микросхемы К544УД2А и КР544УД2А.
В случае, если усилитель применяется или испытывается на ультразвуковых частотах, резистор R26 необходимо заменить более мощным, например МОН-2.
К сожалению, автор не может привести чертеж печатной платы, так как специально для этого усилителя плата не разрабатывалась. В авторском варианте значительная часть усилителя собрана на теплоотводах выходных транзисторов. На одном теплоотводе смонтированы транзисторы VT3, VT6, VT7, VT9 и VT11. На другом-транзисторы VT10, VT12-VT15. Непосредственно к выводам этих транзисторов припаяны резисторы R7, R8, R13 - R18, R21, R25, R27, R28. Остальные детали расположены на печатной плате. Площадь охлаждающей поверхности каждого теплоотвода - 250 кв.см. На отдельном теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности 50 кв.см, закрепленном непосредственно на печатной плате, размещены транзисторы VT8 двух каналов стереофонического усилителя.
Монтаж усилителя следует выполнить таким образом, чтобы провода питания как можно дальше были от входных цепей, иначе увеличиваются искажения выходного сигнала.
Налаживание усилителя состоит в установке тока покоя транзисторов выходного каскада в пределах 50...100 мА подбором резисторов R13 и R14 и проверке отсутствия высокочастотного самовозбуждения. Сопротивления резисторов R16 и R17, предотвращающих самовозбуждение, зависят от коэффициентов передачи тока соответствующих транзисторов предвыходного каскада (VT9, VT10). При коэффициенте передачи этих транзисторов 30...40 они должны быть равны указанным на схеме, а например, при коэффициенте передачи 120 должны быть увеличены до 430 Ом.
Два канала стереофонического усилителя мощности питаются от одного обычного нестабилизированного источника питания, состоящего из трансформатора, диодного моста и двух электролитических конденсаторов емкостью по 8000 мкф. Трансформатор питания намотан на тороидальном магнитопроводе с сечением 55x21,5 мм и диаметром окна 56 мм. Сетевая обмотка содержит 646 витков провода ПЭЛ 0,92, вторичная - 104 витка провода ПЭЛ 1,7. Вторичная обмотка имеет отвод от середины, подключенный к общему проводу усилителя.
При желании можно попробовать увеличить выходную мощность усилителя, но не более чем в 1,5 раза, путем увеличения напряжения питания до +32 В.

А.ИВАНОВ, г.Иваново, Радио №2, 1994 г., стр.13

Дата публикации: 2004-03-23
Прочтено: 9858
Версия для печати: