СИММЕТРИЧНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ С ТОКОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

May 29, 2010 by admin Комментировать »

Ю. Нечаев

Предлагаемый усилитель предназначен для высоко­качественного звуковоспроизведения. Устройство защи­щено авторским свидетельством № 1070685.

clip_image001

Рис. 1. Упрощенная схема уси­лителя

Принцип работы усилителя поясняет электрическая схема на рис. 1. Оконечные транзисторы VT1 и VT2 эмиттерами подключены к нагрузке, а их базы непо­средственно соединены с коллекторами дифференциаль­ного каскада на транзисторах VT3, VT4. Источники пи­тания Е1 и Е2 изолированы от земли и работают на на­грузку. Источник ЕЗ работает в цепи управления мощ­ными транзисторами.

Если нагрузка усилителя имеет вывод средней точки, то к ней можно присоединить источник питания ЕЗ., диф­ференциального каскада. В результате весь коллектор­ный ток дифференциального каскада поступает в базы оконечных транзисторов. Транзисторы дифференциаль­ного каскада являются источниками тока с большим выходным сопротивлением, поэтому усилитель можно назвать усилителем с токовым управлением оконечными транзисторами.

Отметим, что в усилителе нет необходимости делить нагрузку на две части. Достаточно образовать среднюю точку с помощью двух резисторов RH, имитирующих на­грузку, но имеющих со­противление в несколько десятков раз большее со­противления нагрузки. Источник питания ЕЗ подключается к искусст­венной средней точке.

Напряжение отрица­тельной обратной связи по переменному и постоянному току через резисторы R1 и R2 поступает на базы транзисторов дифференциально­го каскада. Ток покоя оконечных транзисторов устанав­ливается с помощью резистора R6, регулирующего ра­бочий ток дифференциального каскада.

При работе усилителя на входы дифференциального каскада следует подавать два противофазных сигнала от фазоинвертора.

Преимуществом данного построения усилителя явля­ется его полная симметрия. Благодаря этому обстоя­тельству усилитель практически нечувствителен к пуль­сациям питающего напряжения и помехам, поступаю­щим синфазно на оба входа.

Из-за малого количества каскадов усиления и не­большой глубины обратной связи динамические иска­жения в усилителе невелики. Снижению нелинейных искажений способствует полная симметрия усилителя. Глубина обратной связи по постоянному и переменному току одинакова и составляет не более 20 дБ, но этого достаточно для удержания нулевого потенциала на крайних выводах нагрузки.

Следует также отметить, что усилитель устойчив к высокочастотной генерации и не предъявляет особых требований к монтажу и другим мерам против самовоз­буждения. Кроме того, усилитель обладает хорошей ре­монтопригодностью, так как питание оконечных транзи­сторов и питание дифференциального каскада можно подключать независимо друг от друга, поочередно про­веряя все транзисторы.

К недостаткам усилителя следует отнести зависи­мость коэффициента нелинейных искажений от коэф­фициентов передачи тока транзисторов, однако даже при неблагоприятном сочетании параметров транзисто­ров коэффициент нелинейных искажений, как правило, не превышал 0,1 %. Кроме того, недостатком можно считать невозможность регулировки чувствительности усилителя. Поэтому регулировка должна осуществ­ляться в фазоинверторе или в предварительном усили­теле.

clip_image002

Рис. 2. Усилитель мощности

Приведенная на рис. 1 упрощенная электрическая схема усилителя вполне работоспособна, но имеет не лучшие параметры и не имеет защиты от короткого за­мыкания нагрузки. Полная электрическая схема сим­метричного усилителя приведена на рис. 2 и имеет сле­дующие данные:

Сопротивление нагрузки, Ом ……… 4

Номинальная мощность, Вт………. 60

Рабочий диапазон частот при номинальной мощно­сти, Гц……………. 20…50 000

Неравномерность АЧХ в рабочем диапазоне частот, дБ ±0,5

Нелинейные искажения при номинальной мощности, %, не более……………. 0,1

Выходное сопротивление, Ом ……… 0,3

Скорость нарастания выходного напряжения на на­грузке 4 Ом, В/мкс ……….. 20

Отношение сигная/шум, дБ ………. 90

Входное напряжение, Вэфф ………. 1,5

Дифференциальный каскад собран на транзисторах VT8, VT10. Для повышения входного сопротивления усилителя к входам дифференциального каскада под­ключены эмиттерные повторители на транзисторах VT7, VT9. К эмиттерам транзисторов VT8, VT10 подключен генератор дчжа на транзисторе VT11. Его ток силой 20 мА устанавливается с помощью переменного рези­стора R33, который изменяет потенциал на базе тран­зистора VT12, коллектор которого подключен к базе VT11. Транзистор VT12, кроме того, осуществляет тер­мокомпенсацию тока покоя оконечных транзисторов. Для этого его располагают на радиаторе одного из око­нечных транзисторов. При нагревании транзистора VT12 снижается отрицательный потенциал на его коллекторе, транзистор VT11 закрывается, одновременно уменьша­ется ток оконечных транзисторов. Резисторы R12, R17 предназначены для контроля тока плеч дифференциаль­ного каскада.

clip_image003

Рис. 3. Фазоинвертор

clip_image004

Рис. 4. Датчик постоянного напряжения

Усилитель защищен от короткого замыкания нагруз­ки и от перегрузки по току. При увеличении силы тока нагрузки до 6 А возникающее на резисторах Rl, R2 па­дение напряжения открывает транзисторы VT3, VT6. При этом ток, протекающий через делитель R31R34, от­крывает транзистор VT13, отрицательный потенциал на его коллекторе снижается, в результате ток через тран­зистор VT11 уменьшается и происходит одновременное закрытие обоих плеч выходного каскада. Сила тока сра­батывания защиты регулируется резисторами R4, R5. При закорачивании этих резисторов ток срабатывания защиты уменьшается до 3 А. Переменный резистор R35 служит для установки нулевого потенциала на выводах нагрузки.

clip_image005

Рис. 5. Стабилизатор на­пряжения

clip_image006

Рис. 6. Блок питания

На рис. 3 приведена схема фазоинвертора, предна­значенного для работы совместно с симметричным уси­лителем мощности. Автором выбрана простая схема, об­ладающая достаточно приемлемыми параметрами. В приведенной схеме имеются цепи отрицательной об­ратной связи по переменному и постоянному току через резисторы R2 и R7, благодаря чему фазоинвертор отли­чается хорошей термостабильностью и малыми нелинейными искажениями. В случае необходимости режим по постоянному току можно подстроить резистором R10. Резистором R2 устанавливается коэффициент усиления в пределах 1,5…2. Максимальное неискаженное напря­жение на выходе — 4В, входное сопротивление — не ме­нее 24 кОм.

Для защиты акустических систем от повреждения в случае пробоя оконечных транзисторов в усилителе при­менен датчик постоянного напряжения. Его схема при­ведена на рис. 4. Датчик предназначен для двухканаль-ного усилителя, поэтому имеет два входа.

Времязадающая цепь R7R8C6 предназначена для за­держки включения акустических систем. При указанных номиналах задержка составляет 4 с. Цепь C5R5 служит для кратковременного открытия транзистора VT1 и раз­рядки через него конденсатора С6 при включении уси­лителя в сеть. Напряжение срабатывания датчика рав­но 4 В. Источник питания датчика изолирован от земли. Питание дифференциального каскада и фазоинверто-ра осуществляется от стабилизатора напряжением 36 В. Схема стабилизатора приведена на рис. 5. При исполь­зовании в стереоусилителе стабилизатор является общим для обоих каналов. Это же напряжение питания можно использовать для всех каскадов предварительного уси­ления, при этом целесообразно дополнительно снизить напряжение до 24 В.

Стабилизатор запитан от выпрямителя с выходным напряжением 46 В (рис. 6). Датчик постоянного напря­жения подключен к переменному напряжению ~18 В. Питание оконечных транзисторов усилителя мощности осуществляется от двух нестабилизированных выпрями­телей напряжением 36 В. Эти источники напряжения изолированы друг от друга и от земли. Для двухканаль-ного усилителя мощность силового трансформатора должна быть не менее 200 Вт, а число незаземленных источников напряжения составляет четыре. На схеме блока питания (см. рис. 6) указаны переменные напря­жения холостого хода вторичных обмоток трансформа­торов. Обмотки с напряжением ~30 В должны быть рас­считаны на ток 4 А. При этой нагрузке переменное на­пряжение не должно снижаться более чем на 3 В. Остальные вторичные обмотки рассчитаны на ток 0,2 А. Постоянные напряжения указаны в режиме номиналь­ной мощности усилителя.

Детали усилителя по схеме рис. 2. Ре­зисторы Rl, R2 проволочные, намотаны из константана. В качестве переменных резисторов R33 и R35 использо­ваны потенциометры СП4-1 0,25 Вт. Транзистор VT12 серии КТ814А выбран из соображений удобства, так как имеет отверстие и его удобно крепить на радиаторе одного из оконечных транзисторов через слюдяную про­кладку. Транзисторы VT2, VT5 размещаются на медных или алюминиевых пластинах площадью 18 см2. Транзи­сторы VT1, VT4 имеют радиаторы площадью не менее 800 см2. Резистор R33 можно выбрать с сопротивлением в пределах 100…360 Ом, при этом следует соблюдать со­отношения R32 = 0,9R33, R29 = 6,7R33.

В качестве реле К1 на схеме рис. 4 использовано реле РЭС-10, РС1.824.302, рабочее напряжение 12 В. В качестве реле К2 использовано реле РЭС-22, РФ4.500.131, рабочее напряжение 24 В.

Перед настройкой оконечный каскад, дифференци­альный каскад и фазоинвертор должны быть отсоеди­нены от блока питания. Сначала проверяется блок пита­ния и устанавливается напряжение — 36 В на выходе ста­билизатора. Затем питание подается на фазоинвертор и проверяются режимы по постоянному току. Нижний по схеме рис. 3 выход фазоинвертора должен иметь напря­жение — (12,6…13) В. При необходимости его следует отрегулировать резистором R10. Данная регулировка необходима для нормальной работы переходных элек­тролитических конденсаторов С2, СЗ (см. рис. 2) усили­теля мощности. Со стороны баз транзисторов дифферен­циального каскада напряжение составляет — 11,2 В.

Настройку усилителя мощности начинают с про­верки работы дифференциального каскада. Резистор R35 устанавливают в среднее положение, резистор R33 — в положение минимального тока, перемещая движок ре­зистора в нижнее по схеме рис. 2 положение. После этого подают питание на дифференциальный каскад. Измеряя падение напряжения на резисторах R12, R17, следует установить через них ток силой 10 мА с по­мощью резистора R33. В случае неравенства токов через резисторы R12, R17 выровнять их резистором R35. За­тем, вращая резистор R33, выявить пределы регулиров­ки тока. Ток должен изменяться в пределах 7… 12 мА. Максимальный ток устанавливается подбором резисто­ра R32. Резистор R29 влияет на диапазон регулировки. При его уменьшении диапазон регулировки увеличи­вается.

Перед регулировкой тока покоя оконечных транзи­сторов необходимо установить резистор R33 в положе­ние минимального тока через дифференциальный кас­кад. В цепь коллектора одного из транзисторов VT1, VT4 включают миллиамперметр постоянного тока с преде­лом шкалы 300 мА. Параллельно нагрузке подключить вольтметр постоянного тока. Отключить усилитель от сети и, подключив питание к оконечному каскаду, вновь включить в сеть. Вращая резистор R33, установить ток покоя, равным 50…60 мА, одновременно проверяя нуле­вое напряжение на нагрузке и регулируя его резисто­ром R35.

Затем необходимо отрегулировать чувствительность усилителя с номинальной нагрузкой на выходе. На вход фазоинвертора через переходной конденсатор 0,1 мкФ следует подать от генератора напряжение с частотой 1000 Гц, постепенно увеличивая его от 0 до 1 В. Напря­жение на нагрузке контролируют вольтметром перемен­ного тока с пределом измерения 30 В. При входном на­пряжении 1 В на нагрузке должно быть 15 В. В случае несоответствия коэффициент усиления фазоинвертора регулируется резистором R2 (см. рис. 3). При увеличе­нии его сопротивления усиление возрастает. На этом регулировку следует считать законченной.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты